Tubo senza saldatura Incoloy 825: specifiche ASTM B163 per il servizio di scambiatori di calore e condensatori

Quando uno scambiatore di calore o un condensatore deve sopravvivere per decenni all'acido solforico, all'acqua di mare o al gas acido, due decisioni decidono tutto: la lega del tubo e le specifiche in base alle quali viene acquistato. Per le leghe di nichel-, una combinazione è diventata un punto di riferimento del settore -Lega 825(UNS N08825, DIN 2.4858, Incoloy® 825) fornito come tubo senza saldatura secondo ASTM B163, la specifica standard per tubi senza saldatura per condensatori e scambiatori di calore in nichel e leghe di nichel.

Questo articolo risponde alle domande che gli ingegneri, gli acquirenti e i team di manutenzione si pongono maggiormente: cos'è la lega, cosa richiede effettivamente ASTM B163, come vengono realizzati e testati i tubi, come si confronta l'825 con alternative come 316L e Alloy 625 e come specificare correttamente il tubo per il tuo progetto. Ogni sezione inizia con una conclusione diretta, in modo che i fatti principali possano essere estratti e citati rapidamente

Cos'è Incoloy 825 (lega 825, UNS N08825)?

Incoloy 825 - ufficialmente lega 825, UNS N08825, DIN 2.4858 - è una lega solida-in soluzione-nichel rinforzata-ferro-cromo con molibdeno, rame e titanio ed è una delle leghe di nichel più ampiamente specificate per scambiatori di calore e condensatori che gestiscono sostanze chimiche aggressive.

"Incoloy" è un marchio registrato di Special Metals Corporation; la designazione metallurgica generica è Lega 825 o UNS N08825. La famiglia Incoloy comprende leghe di nichel-ferro-cromo e 825 è il membro più popolare per il servizio di corrosione acquosa.

La composizione nominale è di circa 40% nichel, 21% cromo e 22% ferro, più circa 2,8% molibdeno, 2,3% rame e 1% titanio [3]. L'alto contenuto di nichel mantiene la struttura completamente austenitica e conferisce un'eccezionale resistenza alla fessurazione da corrosione da stress da cloruro; l'aggiunta di titanio stabilizza la lega contro la sensibilizzazione e la corrosione intergranulare dopo la saldatura.

In termini semplici, la lega 825 si comporta come un "super acciaio inossidabile": molto più resistente alla corrosione-del 316L negli acidi e nei cloruri, ma comunque duttile, saldabile e facile da fabbricare - esattamente la combinazione di cui ha bisogno un tubo scambiatore.

Cos'è l'ASTM B163 e perché regola i tubi per scambiatori di calore-in lega 825?

ASTM B163 (adottato come ASME SB-163) è la specifica standard per tubi di condensatori e scambiatori di calore in nichel e leghe di nichel senza saldatura; è il documento che definisce come deve essere realizzato il tubo in Lega 825, quali proprietà deve dimostrare e come deve essere testato per il servizio scambiatore.

Ambito. B163 copre i tubi senza saldatura di nichel e leghe di nichel per il servizio di condensatori e scambiatori di calore, forniti come tubo con diametro esterno--e parete-media-o con diametro-esterno-e tubo con-parete minima-. Le dimensioni coperte sono 3 pollici (76,2 mm) e meno di diametro esterno, con spessori minimi delle pareti di 0,148 pollici (3,76 mm) e inferiori, o spessori medi delle pareti di 0,165 pollici (4,19 mm) e inferiori.

Cosa controlla lo standard. B163 fissa i limiti di composizione chimica per ciascun grado consentito (incluso UNS N08825), le proprietà meccaniche richieste, le condizioni di trattamento termico-, le tolleranze dimensionali, la lavorazione e la finitura e una serie definita di test - analisi chimiche, tensione, durezza, appiattimento, svasatura e test di pressione o esami non distruttivi equivalenti.

Perché è importante dal punto di vista commerciale. Ordinare il "tubo Incoloy 825" senza uno standard rende inapplicabili la chimica, la meccanica e i test. Specificare ASTM B163 / ASME SB-163 rende ciascuno di questi requisiti verificabili e tracciabili, ed è la base del certificato di prova dello stabilimento su cui fanno affidamento gli acquirenti [9]. B163 si affianca a specifiche complementari come B161 (tubi e tubazioni in nichel senza saldatura), B165 (lega 400) e B829 (requisiti generali); i tubi scambiatori saldati sono disciplinati dalla B704/B676 e non dalla B163.

Quale composizione chimica richiede ASTM B163 per il tubo senza saldatura in lega 825?

ASTM B163 richiede che i tubi in lega 825 soddisfino i limiti di composizione UNS N08825: nichel 38,0–46,0%, cromo 19,5–23,5%, molibdeno 2,5–3,5%, rame 1,5–3,0%, titanio 0,6–1,2%, equilibrio di ferro (minimo 22%), con carbonio inferiore o uguale a 0,05%, manganese inferiore o uguale a 1,0%, silicio inferiore o uguale allo 0,5%, zolfo inferiore o uguale allo 0,03% e alluminio inferiore o uguale allo 0,2%.

Tabella 1 - Composizione chimica della lega 825 (UNS N08825), % in peso

In parole povere: il nichel combatte le fessurazioni da stress-corrosive nei cloruri; il cromo combatte gli acidi ossidanti; il molibdeno combatte la vaiolatura e aiuta a ridurre gli acidi; il rame aiuta la lega a passivarsi in acido solforico; e il titanio "bloccano" il carbonio in modo che il tubo non si sensibilizzi e non si corroda lungo i bordi dei grani dopo la saldatura. Questo equilibrio di cinque-elementi è il motivo per cui l'825 supera le prestazioni dell'acciaio inossidabile ordinario nel servizio misto di acido-più-cloruro.

Quali proprietà meccaniche richiede ASTM B163 per il tubo senza saldatura in lega 825?

Nella condizione ricotta in cui viene normalmente fornito il tubo scambiatore B163 in lega 825, le proprietà minime richieste sono: resistenza alla trazione 85 ksi (586 MPa), resistenza allo snervamento compensata dello 0,2% 35 ksi (241 MPa) e allungamento 30% in 2 pollici (50 mm) o 4D, con durezza verificata da Rockwell o un metodo equivalente.

Tabella 2 - Requisiti meccanici ASTM B163 per tubi in lega 825 ricotto

B163 fissa il carattere (condizione) per ciascun grado; La lega 825 viene fornita ricotta, il che ottimizza la resistenza alla corrosione e la lavorabilità, e il materiale del tubo deve essere conforme a questi valori minimi quando testato per lotto [1] [2]. Il requisito di allungamento del 30% non è cosmetico: i tubi dello scambiatore vengono espansi meccanicamente in piastre tubiere e spesso svasati, quindi la duttilità è un requisito funzionale, mentre la combinazione 85/35 ksi fornisce una resistenza sufficiente per impieghi con pareti-sottili e alta-pressione.

Come viene prodotto il tubo senza saldatura Incoloy 825 secondo ASTM B163?

Il tubo senza saldatura B163 in lega 825 parte da una billetta solida, viene lavorato a caldo mediante estrusione o perforazione rotativa, quindi lavorato a freddo tramite pellegrinaggio o trafilatura fino alle dimensioni finali, solubilizzato e temprato in acqua, raddrizzato e finito - non ha cordoni di saldatura longitudinali perché non ne viene realizzato nessuno.

Senza cuciture o saldato. Il tubo scambiatore saldato (B704/B676) è formato da nastro e cordone saldato-; il tubo senza saldatura è formato da una cavità forata o estrusa. La rimozione del cordone di saldatura elimina il punto più comune di guasto del tubo nel servizio termico ciclico, conferisce una parete uniforme e preserva la piena integrità della pressione.

Tipico percorso di lavorazione: perforazione rotativa o estrusione di una billetta forgiata → pilgering a freddo e trafilatura in più passaggi con ricotture intermedie → ricottura finale (circa 940–1010 gradi / 1725–1850 gradi F per 825) seguita da tempra in acqua → raddrizzatura → pulizia e ispezione della superficie interna ed esterna [9]. La ricottura finale ripristina la microstruttura stabilizzata, completamente austenitica e un'ottima resistenza alla corrosione.

Per il servizio dello scambiatore, le condizioni della superficie sono importanti tanto quanto le caratteristiche chimiche: un foro interno pulito (decapato o con finitura-brillante) evita la contaminazione dei fluidi di processo e migliora le prestazioni contro la corrosione. Questa è la pratica di lavorazione standard per i tubi di grado-condensatore.

Quali test e ispezioni richiedono ASTM B163?

ASTM B163 impone analisi chimiche, prove di trazione, controlli di durezza, prove di appiattimento e svasatura e una prova di pressione (idrostatica o aria-sotto-acqua) o un esame non distruttivo equivalente; i produttori responsabili eseguono inoltre l'identificazione positiva del materiale (PMI) e rilasciano certificati EN 10204 3.1/3.2 mill.

Test dopo test, cosa coglie ogni requisito:

• L'analisi chimica - verifica i limiti di composizione UNS N08825 su ogni colata (lotto).
• Il test di tensione - verifica la resistenza alla trazione, il carico di snervamento e i minimi di allungamento per lotto.
• Durezza - Rockwell o equivalente, confermando la condizione ricotta.
• Il test di appiattimento - dimostra che il tubo può essere appiattito senza rompersi; un controllo di lavorabilità.
• Il test di svasatura - in cui i tubi verranno svasati o espansi, dimostra la duttilità finale.
• Test di pressione - idrostatico (o aria-sotto-acqua) su ciascun tubo, a meno che non venga sostituito un metodo NDE; i test a corrente parassita-o a ultrasuoni forniscono una copertura volumetrica del 100% senza acqua.

Best practice del fornitore per il dazio dello scambiatore - 100% PMI sul tubo finito, verifica dimensionale e di lunghezza e un certificato EN 10204 3.1 (3.2 con testimone di terze parti-). Gli acquirenti dovrebbero scriverli nell'ordine di acquisto anziché assumerli.

Perché scegliere Incoloy 825 rispetto a 316L, Alloy 20 o Alloy 625 per scambiatori di calore e condensatori?

La lega 825 offre il miglior rapporto costi-prestazioni per gli scambiatori che devono gestire acidi misti, cloruri, acqua di mare o gas acido: la lega 316L non riesce a svolgere questi compiti, la lega 20 copre una finestra chimica più ristretta e la lega 625 è più resistente e più costosa di quanto normalmente richiesto dal servizio dello scambiatore.

Tabella 3 - Confronto delle leghe per il servizio- dello scambiatore di calore e del condensatore

Il 316L è poco costoso e va bene in acqua benigna, ma si rompe rapidamente in caso di stress da cloruro-cracking per corrosione e in acido solforico al di sopra di concentrazioni moderate - i due guasti più comuni dello scambiatore. La lega 20 è stata sviluppata per l'acido solforico e funziona bene lì, ma il suo intervallo complessivo è più ristretto di 825 ed è meno stabile nell'acqua di mare e nel servizio acido. La lega 625 offre prestazioni eccezionali ma costa circa il doppio della lega 825 e la sua maggiore resistenza non è necessaria per l'espansione della piastra tubiera-.

Regola empirica ingegneristica: se il compito è "aggressivo ma non estremo", 825 è solitamente la scelta tecnicamente sufficiente ed economicamente intelligente - e in molti progetti è un calo diretto-nell'aggiornamento da 316L.

Dove vengono utilizzati i tubi senza saldatura Incoloy 825 nel servizio-di scambiatori di calore e condensatori?

I tubi senza saldatura in lega 825 vengono utilizzati ovunque uno scambiatore o condensatore debba resistere ad acidi, cloruri, acqua di mare o flussi di processo acidi: raffreddatori di acido solforico e fosforico, scambiatori raffreddati ad acqua di mare-, intercooler e condensatori di gas acido e di raffineria-, desolforazione dei gas di scarico-, apparecchiature per il trattamento chimico e il ritrattamento del combustibile nucleare.

Lavorazione chimica - servizio di acido solforico (resistenza fino a circa il 60% di acido a temperatura ambiente e ampi intervalli a temperatura elevata), acido fosforico, acido nitrico e acidi organici: raffreddatori di acidi, condensatori ed evaporatori.

Raffreddatori e condensatori per - gas acido-e pozzi petroliferi-per petrolio e gas, unità amminiche e scambiatori di calore per acqua prodotta-; il bilancio di nichel-molibdeno-rame resiste alle combinazioni H₂S/CO₂/cloruro.

Scambiatori raffreddati con acqua di mare- marini e offshore ed evaporatori e condensatori di desalinizzazione, dove il molibdeno più rame garantiscono buone prestazioni dell'acqua di mare con resistenza allo stress-corrosivo.

Scrubber per la desolforazione dei gas di scarico - dei gas di scarico-, scambiatori di riscaldamento dei gas di scarico-dei gas di scarico e sistemi di raffreddamento.

Dissolutori nucleari - e apparecchiature di processo nel ritrattamento del combustibile che gestiscono miscele solforiche e nitriche.

Come dovresti specificare e qualificare il tubo senza saldatura Incoloy 825 per il tuo progetto?

Specificare "ASTM B163 (ASME SB-163), UNS N08825, ricotto" con diametro esterno, spessore e base della parete (minimo o medio), lunghezza, tolleranze e requisiti di prova indicati per iscritto e richiedere un certificato EN 10204 3.1/3.2 mill più PMI al ricevimento.

• Standard e grado - scrivono "ASTM B163 / ASME SB-163, UNS N08825, ricotto"; non ordinare mai "solo Incoloy 825".
• Dimensioni - diametro esterno e muro esatti e indicare se il muro è minimo-o medio-muro; portano tolleranze e masse diverse.
• Condizione di lunghezza e estremità - lunghezza specificata, estremità squadrate-taglio, rettilineità e classe di tolleranza.
• Test dell'opzione - idrostatica rispetto a corrente parassita-/ultrasuoni, appiattimento e flaring e PMI al 100%.
• Documentazione - EN 10204 3.1 certificato (3.2 con testimone di terze parti-) e tracciabilità completa per calore e numeri di lotto.
• Dopo aver ricevuto l'ispezione, - abbina il numero di calore del certificato ai contrassegni dei tubi, esegui il PMI sui campioni, verifica le dimensioni e le condizioni della superficie (nessun graffio, cavità o riparazione di saldature).
• Insidie ​​per evitare sostituzioni - "equivalenti" senza approvazione, confusione tra parete minima e parete media, accettazione di tubi senza un certificato tracciabile e materiale non ricotto che non riesce a svasare o appiattire.