ES2353393T3 - Establecimiento de una conexión entre superficies de calentamiento de un generador de vapor y un colector y/o distribuidor. - Google Patents

Establecimiento de una conexión entre superficies de calentamiento de un generador de vapor y un colector y/o distribuidor. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para el establecimiento de una conexión entre superficies de calentamiento austeníticas de un generador de vapor y un recipiente (5) utilizado como colector (5, 17) o como distribuidor, estando montados racores tubulares (1) entre los conductos de conexión (15) que conducen a la superficie de calentamiento del generador de vapor y una pared de colector o recipiente (2) de un cuerpo base del recipiente (5) y soldándose respectivamente en un extremo directamente con la pared del recipiente (2) y en el otro extremo con el conducto de conexión (15) formando una hendidura axial (4) entre la pared del recipiente (2) y el racor tubular (1), caracterizado porque los racores tubulares (1) se insertan respectivamente en la sección exterior (7) de un orificio de conexión (6) escalonado de la pared del recipiente (2) y un racor tubular (1) de una aleación a base de níquel está soldado respectivamente con la pared del recipiente (2) de un cuerpo base (5) de un material martensítico o ferrítico o una aleación a base de níquel y con un conducto de conexión (15) de material austenítico.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para el establecimiento de una conexión entre superficies de calentamiento austeníticas de un generador de vapor y un recipiente utilizado como colector o como distribuidor, estando montados racores tubulares entre los conductos de conexión que conducen a la superficie de calentamiento del generador de vapor y una pared de colector o recipiente de un cuerpo base del recipiente y soldándose respectivamente en un extremo directamente con la pared del recipiente y en el otro extremo con el conducto de conexión, formando una hendidura axial entre la pared del recipiente y el racor tubular. La invención se refiere también a un recipiente que configura un colector o distribuidor, con racores tubulares insertados en una pared del recipiente de un cuerpo base de recipiente formando una hendidura axial entre la pared del recipiente y el racor tubular correspondiente, racores tubulares que están soldados en un extremo directamente con la pared del recipiente formando un cordón de soldadura y pueden soldarse en el otro extremo respectivamente con un conducto de conexión austenítico que conduce a una superficie de calentamiento del generador de vapor.
En el caso de generadores de vapor modernos, que funcionan con presiones elevadas y temperaturas elevadas, algunas superficies de calentamiento de los recalentadores y recalentadores intermedios están hechas de materiales austeníticos. Los materiales austeníticos, con estas presiones y temperaturas elevadas, presentan una dureza, resistencia a la corrosión y a la oxidación elevadas, para poder utilizarse en superficies de calentamiento semejantes. En cambio fuera del espacio calentado, es decir, fuera del espacio de combustión y radiación, se utilizan materiales martensíticos o ferríticos. Esto es válido en particular también para los colectores y distribuidores situados en la zona no calentada y con los que están conectadas las superficies de calentamiento a través de conductos de conexión fabricados igualmente de material austenítico.
No obstante, los materiales austeníticos tienen un coeficiente de dilatación mayor que los materiales martensíticos o ferríticos. Esto conduce a tensiones elevadas en los puntos de unión por soldadura entre los materiales austeníticos (así denominados “materiales blancos”) y aquellos de materiales ferríticos o martensíticos (así denominados “materiales negros”). Hasta ahora se utilizan los así denominados conector de blanco y negro, que están configurados en el ejemplo según la figura 3 como tubuladuras de unión 14 de dos tubos soldados axialmente de materiales correspondientemente diferentes, y en la zona sin calentar se sueldan en los conductos de conexión 15 (compárese figuras 1 y 2) de la superficie de calentamiento al colector 17 o directamente del colector 17 entre los conductos de conexión 15 y los racores de colector 16. También es conocido el hecho de prever conectores de soldadura semejantes en el lado del recipiente entre la salida de las superficies de calentamiento y los conductos de conexión al
colector.
No obstante, la fabricación y supervisión de los conectores de blanco y negro semejantes resulta cara debido a los elevados requerimientos de calidad que se le plantean. Además, al montar el conector de blanco y negro se necesitan varios cordones de soldadura en los conductos de conexión al colector, por lo que por su parte todavía se aumenta más el coste de montaje y supervisión.
Así el documento GB 678 549 A da a conocer la soldadura de un racor tubular en un orificio de conexión escalonado del colector. Pero de este documento no puede extraerse una alusión a los materiales a partir de los que deben hacerse los objetos a unir.
Además, en el documento US-A-4 526 137 se da a conocer un racor tubular soldado en una pared de un colector que presenta un orificio. En este caso está prevista adicionalmente una envoltura interior que debe aumentar la resistencia al calor del lado interior del racor tubular. La envoltura interior está unida de forma mecánica, es decir, sin soldadura, con el racor tubular. De este documento sólo puede extraerse respecto al material que la envoltura interior puede estar hecha de otro material que el racor tubular, en particular está hecha de material resistente a la corrosión.
Un procedimiento genérico y un recipiente genérico se conocen por el documento NL 84 739 C. Allí se describe un procedimiento para la elaboración de una conexión entre superficies de calentamiento (austeníticas) del generador de vapor y un recipiente usado como colector o como distribuidor, estando montados racores tubulares entre los conductos de conexión que conducen a la superficie de calentamiento del generador de vapor y una pared de recipiente de un cuerpo base del recipiente y soldándose respectivamente en un extremo directamente con la pared del recipiente y en el otro extremo con el conducto de conexión, formando una hendidura axial entre la pared del recipiente y el racor tubular. El racor tubular se introduce en una pared del recipiente de un colector que todavía no presenta un orificio de conexión, antes de que se coloque un orificio que conduce al espacio interior del colector a continuación abriendo el racor tubular. De este documento tampoco puede extraerse una alusión a los respectivos materiales utilizados y que cooperan en el marco de la conexión por soldadura del colector o recipiente, racor tubular y conductos de conexión a las superficies de calentamiento del generador de vapor.
La invención tiene el objetivo de crear una conexión entre superficies de calentamiento del generador de vapor y un recipiente utilizado como colector o como distribuidor, con la que se reduzca el coste de montaje y supervisión de la conexión, se baje el estado de tensión propia o tensión de funcionamiento de la conexión y se aumente la vida útil de la conexión.
En un procedimiento del tipo señalado al inicio este objetivo se resuelve según la
invención con las características de la reivindicación 1.
Asimismo, en el caso de un recipiente del tipo señalado al inicio, el objetivo se resuelve según la invención mediante un recipiente con las características de la reivindicación 4
En el procedimiento según la invención para la elaboración de una conexión entre las superficies de calentamiento del generador de vapor de un material austenítico y un recipiente intercalado como colector o distribuidor con un cuerpo base de un material martensítico o ferrítico, entre los conductos de conexión a la superficie de calentamiento y la pared del recipiente del cuerpo base se instalan racores tubulares de una aleación a base de níquel y los racores tubulares se sueldan directamente con la pared del recipiente del cuerpo base, de forma que entre el racor tubular y la pared del recipiente queda una hendidura axial.
En un recipiente concebido como colector o distribuidor según la invención, los racores tubulares están fabricados para la conexión con los conductos de conexión hacia las superficies de calentamiento o tubos del generador de vapor de un generador de vapor de una aleación a base de níquel, y en la sección exterior de orificios de conexión escalonados se insertan en la pared del cuerpo base del recipiente y se sueldan directamente con la pared del recipiente, de tal manera que entre el racor tubular y el fondo de la sección exterior del orificio de conexión queda una hendidura axial.
Mediante la invención los conductos de conexión a las superficies de calentamiento del generador de vapor de material austenítico y por ello “blanco” pueden soldarse directamente con los racores tubulares en cuestión del recipiente de una aleación a base de níquel, que presenta un coeficiente de dilatación entre el coeficiente de dilatación del material austenítico, es decir, blanco y el coeficiente de dilatación de material ferrítico o martensítico, es decir, negro. Además, los racores tubulares de una aleación a base de níquel están soldados directamente con la pared del recipiente, de forma que el cordón de soldadura de la transición de la aleación a base de níquel de los racores tubulares al material de la pared del recipiente se sitúa directamente en la transición del cuerpo base del recipiente al racor tubular del recipiente. Ya que el racor tubular de una aleación a base de níquel se introduce en la pared del recipiente, dejando libre una hendidura axial o espacio libre entre el racor tubular y la pared del recipiente, se produce una distribución de tensiones esencialmente mejor en la zona del cordón de soldadura.
En comparación con la utilización convencional de conectores de blanco y negro en los conductos de conexión entre la superficie de calentamiento del generador de vapor y el colector o distribuidor, según el tipo constructivo mediante la invención se suprimen hasta dos cordones de soldadura, por lo que se reduce esencialmente el coste de montaje, supervisión y mantenimiento, dado que el cordón de soldadura de la transición del “material blanco”, del que están fabricados también los conductos de conexión, al “material negro” se sitúa directamente en la pared del colector o distribuidor.
Por el código ASME se conocen en sí hendiduras axiales entre extremos de tubo y pared (así denominado cordón de soldadura ASME), introduciéndose entre el extremo del tubo y la pared una pieza intercalada, que se descompone o destruye al hacerse funcionar la instalación, de forma que queda la hendidura axial. De esta manera también puede procederse en la fabricación de la conexión por soldadura según la invención. Pero también es posible dejar libre de otra manera la hendidura axial que actúa como un tipo de junta de dilatación, por ejemplo, por configuración de salientes apropiados o nervios o similares, que están configurados en el extremo del tubo y/o la pared y que se aplastan durante el funcionamiento de la instalación debido a la dilatación del racor tubular. Mediante la hendidura axial se compensan las deformaciones elásticas y plásticas del racor tubular.
La amplitud de la hendidura axial depende de la diferencia entre el racor tubular y la pared del recipiente en su comportamiento de dilatación que depende, por su parte, en particular del material empleado respectivamente. La amplitud de la hendidura axial se sitúa en el rango de algunas décimas de milímetro hasta algunos milímetros, por ejemplo, en 1,6 mm ante la soldadura con un diámetro exterior del racor en el rango de 40 a 80 mm.
Como material de soldadura para el cordón de soldadura entre los racores tubulares y la pared del recipiente se utiliza asimismo según la configuración de la invención preferiblemente un material cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación de la aleación a base de níquel, de la que están fabricados los racores tubulares, y el coeficiente de dilatación del material de la pared del recipiente de material ferrítico o martensítico. Por ello se favorece adicionalmente el estado de tensiones en la zona del cordón de soldadura.
Las aleaciones a base de níquel utilizadas según la invención como material de níquel (por ejemplo, aleación 617) se designan por un coeficiente de dilatación térmica que se sitúa entre el coeficiente de dilatación del material ferrítico o martensítico y el coeficiente de dilatación de material austenítico.
También para la conexión por soldadura entre racor tubular y conducto de conexión de material austenítico se utiliza preferiblemente un material de soldadura cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación del material de racor y el coeficiente de dilatación del material del conducto de conexión, o se utiliza igualmente un material de soldadura de una aleación a base de níquel.
Como material para el cuerpo base del recipiente que sirve como colector o distribuidor puede utilizarse, en lugar de un material férrico o martensítico, asimismo una aleación a base de níquel cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en su valor entre aquel del material austenítico y del material ferrítico o martensítico, estando fabricados también los racores tubulares de una aleación a base de níquel con un coeficiente de dilatación entre aquellos del material austenítico, por un por un lado, y aquellos de materiales martensíticos o ferríticos, por otro lado, y estando soldados directamente con la pared del recipiente.
También en esta forma de realización, en la que la propia pared del recipiente está hecha de un material a base de níquel, entre racor tubular y fondo de la sección exterior en el que se introduce el racor tubular se deja libre una hendidura axial que es eficaz para la compensación de las deformaciones elásticas y plásticas del racor en la soldadura y en particular también durante el funcionamiento de la instalación, no obstante, pudiendo ser la hendidura axial menor en esta forma de realización que en una pared del recipiente de material ferrítico o martensítico.
Otra forma de realización de la invención se refiere a un procedimiento para la elaboración de una conexión entre superficies de calentamiento del generador de vapor de un material austenítico y un recipiente utilizado como colector o como distribuidor con un cuerpo base de un material martensítico o ferrítico, instalándose racores tubulares de una aleación a base de níquel entre los conductos de conexión que conducen a la superficie de calentamiento de un material austenítico y la pared del recipiente del cuerpo base y los racores tubulares se sueldan en el un extremo directamente con la pared del recipiente y en el otro extremo con respectivamente un conducto de conexión. Como material de soldadura para soldar los racores tubulares y la pared del recipiente o bien del racor tubular y el conducto de conexión se utiliza un material de soldadura cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación del material del racor y el coeficiente de dilatación del material del recipiente o del conducto de conexión. También puede utilizarse un material de soldadura para soldar los racores tubulares y la pared del recipiente o del racor tubular y el conducto de conexión cuyo coeficiente de dilatación se corresponda al del racor tubular. Después de la soldadura de los componentes, racores tubulares y pared del recipiente o racores tubulares y conductos de conexión, el coeficiente de dilatación de la conexión por soldadura se sitúa luego, debido a la mezcla de los materiales correspondientes, entre los coeficientes de dilatación de los dos materiales a unir. El material de soldadura para soldar los racores tubulares y la pared del recipiente puede ser diferente al de la soldadura del racor tubular y el conducto de conexión. También en esta forma de realización del procedimiento según la invención se deja libre una hendidura axial entre racor tubular y pared del recipiente, que es eficaz para la compensación de las deformaciones elásticas y plásticas del racor en la soldadura y en particular también en el funcionamiento de la instalación.
La aleación a base de níquel, de la que está fabricada la pared del recipiente, puede coincidir con aquella de la que están fabricados los racores tubulares. Ambos racor tubular y pared del recipiente pueden ser, por ejemplo, de la aleación 617. No obstante, también es posible utilizar otra aleación a base de níquel para la pared del recipiente, como también para los racores tubulares, y en particular con un coeficiente de dilatación que se sitúa entre aquel del material del racor y aquél de los materiales martensíticos o ferríticos.
Como material de soldadura para soldar los racores tubulares con una pared del recipiente de una aleación a base de níquel se utiliza asimismo un material de una aleación a base de níquel. Si el material del racor y el material de la pared tienen el mismo coeficiente de dilatación térmica, se utiliza un material de soldadura similar. No obstante, si estos coeficientes de dilatación son diferentes se utiliza preferiblemente un material de soldadura con un coeficiente de dilatación entre aquellos del material del racor y del material de la pared.
Como material de soldadura para soldar los racores tubulares con el conducto de conexión correspondiente hacia la superficie de calentamiento del generador de vapor, se utiliza también en esta forma de realización de la invención con una pared del recipiente de una aleación a base de níquel, un material de soldadura cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación del material del racor y el coeficiente de dilatación del material de conducto de conexión austenítico, o se utiliza un material de soldadura de una aleación a base de níquel, que se corresponde a la aleación a base de níquel a partir de la que están fabricados los racores tubulares. Dado el caso, el material de soldadura para soldar los conductos de conexión a los racores tubulares puede corresponderse con aquel que se utiliza también al soldar los racores tubulares en la pared del recipiente.
En el dibujo en la fig. 1 se muestra de forma esquemática la zona sin calentar de un generador de vapor con conductos de conexión 15 entre superficies de calentamiento y racores de colector, colector 17 y conectores de soldadura 14 convencionales soldados en la conexión entre conductos de conexión 15 y colector 17. La fig. 2 muestra en una representación esquemática en sección longitudinal un colector 17 convencional con conectores de blanco y negro 14 convencionales soldados en los racores de colector 16, y en la fig. 3 se muestra un ejemplo de un conector de blanco y negro 14.
En la fig. 4 puede verse una representación en sección de una conexión por soldadura según la invención de la pared de colector 2 y el racor tubular 1.
La fig. 5 muestra una representación en sección de un colector 5 según la invención con racores tubulares 1 de una aleación a base de níquel y con conductos de conexión del generador de vapor 15 conectados con éstos.
La fig. 6 muestra una representación en sección de una conexión por soldadura según la invención entre racor tubular 1 y pared del recipiente 2, por un lado, y racor tubular 1 y conducto de conexión 15, por otro lado.
Según puede verse en particular en la fig. 4, el racor tubular 1 cilíndrico continuo en el ejemplo de realización de una aleación a base de níquel está introducido en la sección exterior 7 ampliada en el diámetro de un orificio de conexión 6 escalonado y se suelda con la pared del recipiente 2 mediante un cordón de soldadura en ángulo 3, de forma que entre la superficie frontal interior del racor tubular 1 y el fondo anular de la sección exterior 7 del orificio de conexión 6 queda una hendidura axial 4 como hendidura de dilatación. Los conductos de conexión del
5 generador de vapor 15 pueden soldarse según la fig. 5 directamente con los racores tubulares 1. Por ello para cada uno de los conductos de conexión 15 sólo son necesarios dos cordones de soldadura, de los que el cordón de soldadura 3 se sitúa directamente en la transición de la aleación a base de níquel del racor tubular 1 a la pared del recipiente 2.
En lugar de un material martensítico o ferrítico para la pared del recipiente 2, éste mismo
10 puede ser también de un material de una aleación a base de níquel. Según puede verse adicionalmente a la fig. 4 en la fig. 6, el racor tubular 1 está soldado con el conducto de conexión 15, utilizándose como material de soldadura para la conexión por soldadura entre racor tubular 1 y pared de recipiente 2, por un lado, y/o racor tubular 1 y conducto de conexión 15, por otro lado, preferiblemente un material semejante cuyo coeficiente de dilatación se sitúa en el rango de
15 valores entre el coeficiente de dilatación del material del racor tubular y el coeficiente de dilatación del material del recipiente o del conducto de conexión. También puede utilizarse un material de soldadura para soldar los racores tubulares y la pared del recipiente o del racor tubular y el conducto de conexión, cuyo coeficiente de dilatación se corresponda con el del racor tubular. Después de la soldadura de los componentes, racores tubulares y pared del recipiente o racor
20 tubular y conducto de conexión se sitúa luego el coeficiente de dilatación de la conexión por soldadura debido a la mezcla de los materiales correspondientes entre los coeficientes de dilatación de los dos materiales a unir.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Procedimiento para el establecimiento de una conexión entre superficies de calentamiento austeníticas de un generador de vapor y un recipiente (5) utilizado como colector (5, 17) o como distribuidor, estando montados racores tubulares (1) entre los conductos de conexión (15) que conducen a la superficie de calentamiento del generador de vapor y una pared de colector o recipiente (2) de un cuerpo base del recipiente (5) y soldándose respectivamente en un extremo directamente con la pared del recipiente (2) y en el otro extremo con el conducto de conexión (15) formando una hendidura axial (4) entre la pared del recipiente (2) y el racor tubular (1), caracterizado porque los racores tubulares (1) se insertan respectivamente en la sección exterior (7) de un orificio de conexión (6) escalonado de la pared del recipiente (2) y un racor tubular (1) de una aleación a base de níquel está soldado respectivamente con la pared del recipiente (2) de un cuerpo base (5) de un material martensítico o ferrítico o una aleación a base de níquel y con un conducto de conexión (15) de material austenítico.
  2. 2.-Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque como material de soldadura para soldar el racor tubular (1) y la pared del recipiente (2) se utiliza un material de soldadura cuyo coeficiente de dilatación es igual al coeficiente de dilatación del material del racor
    o se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación del material del racor y el coeficiente de dilatación del material del recipiente.
  3. 3.-Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque como material de soldadura para soldar el racor tubular (1) y el conducto de conexión (15) se utiliza un material de soldadura cuyo coeficiente de dilatación es igual al coeficiente de dilatación del material del racor
    o se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación del material del racor y el coeficiente de dilatación del conducto de conexión.
  4. 4.-Recipiente (5) que configura un colector (5, 17) o distribuidor, con racores tubulares (1) insertados en una pared del recipiente (2) de un cuerpo base del recipiente (5) formando una hendidura axial (4) entre la pared del recipiente (2) y el racor tubular (1) correspondiente, racores tubulares que están soldados en un extremo directamente con la pared del recipiente (2) formando un cordón de soldadura (3) y pueden soldarse en el otro extremo respectivamente con un conducto de conexión (15) austenítico que conduce a una superficie de calentamiento del generador de vapor, caracterizado porque los racores tubulares (1) están insertados respectivamente en la sección exterior (7) de un orificio de conexión escalonado configurado en la pared del recipiente (2) y el cuerpo base del recipiente (5) está hecho de un material martensítico o ferrítico o una aleación a base de níquel y los racores tubulares (1) están hechos de una aleación a base de níquel.
  5. 5.-Recipiente según la reivindicación 4, caracterizado porque el cordón de soldadura
    (3) está fabricado de un material de soldadura con un coeficiente de dilatación que es igual al coeficiente de dilatación de la aleación a base de níquel de los racores tubulares (1) o se sitúa en el rango de valores entre el coeficiente de dilatación de la aleación a base de níquel de los racores tubulares (1) y el coeficiente de dilatación del material de la pared del recipiente (2).
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