Сварные конструкции котельных установок включают в себя сосуды различных типов (барабаны, корпуса подогревателей, деа­эраторов, арматуры и других узлов) и трубные системы (поверхности нагрева, камеры, трубопроводы и их фасонные части), эксплуати­рующиеся под давлением и при высоких температурах [6]. Рабочие параметры этих установок зависят от их типа и назначения. Пра­вила котлонадзора [8], определяющие устройство и безопасную эксплуатацию котлов, распространяются на паровые котлы, паро­перегреватели и экономайзеры с рабочим давлением более 0,7 кгс/см2 и на водогрейные котлы с температурой воды свыше 115° С. Ста­ционарные паровые котлы большой мощности работают при, тем­пературе 545—570° С и давлении 140—240 кгс/см2.

Крупногабаритные сосуды котельных и других установок при толщине стенки от 8—10 до 90—120 мм изготовляют обычно из валь­цованных или штампованных из листа обечаек, свариваемых между собой продольными и поперечными (кольцевыми) швами. Для ко­тельных сосудов типа барабанов (рис. 1) характерно большое количество штуцеров, необходимых по условию организации про­цессов циркуляции воды и сепарации пара. Особо ответственные сосуды, как например корпуса атомных реакторов с толщиной стенки до 200 мм, изготовляют из цельнокованых обечаек, свариваемых между собой кольцевыми швами.

Для работы при очень высоких давлениях в химическом машино­строении применяют многослойные сосуды с толщиной стенки до 400 мм. Корпуса арматуры изготовляют литыми или коваными целиком или в сварном исполнении [7].

Поверхности нагрева изготовляют из труб малого диаметра до 100 мм с толщиной стенки до 10 мм; для трубопроводов - и камер
используют трубы диаметром до 400 мм при толщине стенки до 70 мм. Для блоков мощностью 500 мВт и более требуются трубы диаметром до 1 м при толщине стенки до 100 мм.

Рис. 1. Общий вид котельного бараба­на высокого давления

Котельные агрегаты проектируют в соответствии с требованиями правил котлонадзора [8], норм расчета на прочность и соответст­вующих ГОСТов и МРТУ. При их изготовлении и приемке учиты­вают также требования основных положений и правил контроля, разрабатываемые ведомственными институтами, и технологические инструкции заводов.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Используемые в сварных узлах котлов и сосудов стали с указа­нием области их применения, свариваемости, требований к подо­греву при сварке и термообработке после нее приведены в табл. 1. Наибольшее применение нашли низкоуглеродистые и низколегиро­ванные конструкционные стали умеренной прочности, обладающие высокими пластичностью и вязкостью, хорошо или удовлетвори­тельно сваривающиеся. Для трубных систем высокотемпературной

части котлов, эксплуатирующихся в условиях ползучести при тем­пературах выше 450—500° С, применяют ограниченно свариваю­щиеся теплоустойчивые хромомолибденованадиевые и высокохро­мистые стали. Используемые при температурах выше 550° С в усло­виях ползучести как жаропрочные и при более низких температу­рах как нержавеющие аустенитные стали относятся к группе хорошо сваривающихся сталей.

Требования к свойствам материалов определяют условиями их работы. При выборе материала и технологии изготовления крупно­габаритных сосудов с толщиной стенки свыше 20—30 мм для работы при высоких температурах необходимо учитывать не только их на­дежность в эксплуатационных условиях, но и отсутствие хрупких разрушений во время изготовления и гидравлических или других испытаний. Поэтому материал сосуда должен обладать требуемыми свойствами при высоких температурах и иметь необходимый запас вязкости в температурных условиях изготовления и испытания из­делия. Важность этого требования возрастает с повышением тол­щины, габаритов и прочности основного металла сосуда.

Для повышения надежности работы при высоких температурах в условиях ползучести сварных конструкций из хромомолибдено­ванадиевых и высокохромистых сталей при толщине свыше 20 мм и устранения опасности их хрупких (локальных) разрушений в око- лошовной зоне рекомендуется ограничивать верхний уровень проч­ности металла заготовок для хромомолибденованадиевых сталей величиной предела прочности 65 кгс/мм2, а для высокохромистых 80—85 кгс/мм2.

Для изделий из аустенитных сталей, .эксплуатирующихся при температурах до 500° С, требования к выбору материала опреде­ляются коррозионной стойкостью основного металла. Наиболее широко используют листовую сталь 12Х18Н10Т.

Для узлов из аустенитных сталей4 (трубных систем с толщиной стенки свыше 15—20 мм или сложных конструкций корпусного типа при меньшей толщине стенки), предназначенных для работы в ин­тервале температур 550—650° С, рекомендуется применять стали 12Х16Н9М2 и 12Х16Н13М2Б. Сварные соединения этих сталей в от­личие от соединений стали 12Х18Н10Т мало склонны к хрупким (локальным) разрушениям при высоких температурах.

Для сварки узлов котельного оборудования применяют свароч­ные материалы, близкие по легированию к основному металлу (см. табл. 1). При использовании других методов сварки свойства швов должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к материалам для ручной дуговой сварки. Рекомендации по выбору материалов при сварке сталей разного легирования приведену в работе [11.

В связи с особой ответственностью работы котельных конструк­ций, Правилами котлонадзора и существующими нормами ограни­чивается толщина стенок сосудов и трубопроводов, которые можно

7 Под ред. Куркина С. А.

изготовлять без термообработки после сварки [8]. Для узлов из низкоуглеродистой стали предельной принята толщина стенки 36 мм. При использовании низколегированных сталей ее значение должно быть снижено до 10—30 мм в зависимости от легирования основного металла (см. табл. 1). Сварные узлы из высокохромистых жаропрочных сталей должны подвергаться термообработке вне за­висимости от толщины элементов.

Требования к термообработке сварных узлов из аустенитных сталей зависят от температуры их эксплуатации. Если она, не превышает 500° С, то в большинстве случаев обработка не требуется. Она может быть нужна лишь при необходимости обеспечения кор­розионной стойкости сварных соединений в особых средах. Если изделие работает при температуре выше 500° С, то при толщине стенки свыше 10—15 мм для трубных систем и при меньшей толщине для сложных конструкций корпусного типа оно, как правило, должно после сварки подвергаться аустенизации.