Ống thép lò hơi: Tiêu chuẩn vật liệu và yêu cầu kỹ thuật cần biết

Ống thép lò hơi là một trong những thành phần quan trọng nhất giúp hệ thống nồi hơi vận hành an toàn và ổn định. Do phải làm việc trong môi trường áp suất cao - nhiệt độ lớn - môi trường ăn mòn, vật liệu ống thép được quy định rất chặt chẽ theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM, ASME hay JIS. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ ống thép lò hơi là gì, tiêu chuẩn vật liệu, thông số kỹ thuật và những yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn cho từng loại nồi hơi.

1. Ống thép lò hơi là gì?

Ống thép lò hơi (Boiler Tube) là loại ống chịu nhiệt, chịu áp dùng trong hệ thống nồi hơi công nghiệp để dẫn nước, dẫn hơi hoặc hấp thụ nhiệt từ buồng đốt. Khác với ống thép thông thường, ống lò hơi phải vận hành ở môi trường nhiệt độ cao, áp suất lớn và liên tục chịu tác động ăn mòn, vì vậy vật liệu và tiêu chuẩn kỹ thuật luôn được kiểm soát rất chặt chẽ.

Tìm hiểu về ống thép lò hơi là gì?

1.1 Vai trò của ống thép trong hệ thống lò hơi

Để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của loại ống này, chúng ta cần nhìn vào vai trò của nó trong toàn bộ hệ thống. Ống thép lò hơi không chỉ đơn thuần là đường dẫn, mà còn là bộ phận truyền nhiệt, chịu áp và duy trì hiệu suất. Cụ thể:

• Là kênh dẫn nước - hơi nước trong toàn bộ chu trình sinh hơi
• Truyền và hấp thụ nhiệt từ quá trình đốt
• Giữ áp suất ổn định để hệ thống hoạt động an toàn
• Tăng hiệu suất trao đổi nhiệt của nồi hơi

>>> Để hạn chế ứng suất nhiệt và kéo dài tuổi thọ ống thép lò hơi, nhiều hệ thống sử dụng bộ giảm ôn trong lò hơi nhằm kiểm soát nhiệt độ hơi trước khi đi vào đường ống chính.

1.2 Phân loại ống thép lò hơi theo vị trí sử dụng

Mỗi vị trí trong lò hơi yêu cầu loại ống khác nhau vì điều kiện làm việc không giống nhau:

• Water Wall Tube (ống tường nước): chịu nhiệt bức xạ cao, liên tục tiếp xúc ngọn lửa.
• Superheater Tube (ống quá nhiệt): làm việc ở nhiệt độ rất cao, cần thép hợp kim chịu nhiệt tốt.
• Economizer Tube (ống tiết kiệm nhiệt): dẫn nước cấp, yêu cầu chống ăn mòn và chịu áp.
• Air Preheater Tube: làm nóng gió cấp, nhiệt độ thấp hơn nhưng cần chống oxy hóa.

2. Vật liệu chế tạo ống thép lò hơi

Để đảm bảo an toàn vận hành, vật liệu ống lò hơi bắt buộc phải đạt những tiêu chuẩn khắt khe về nhiệt độ, áp suất và khả năng chống ăn mòn.

Khám phá về vật liệu chế tạo ống thép lò hơi

2.1 Yêu cầu vật liệu chịu nhiệt, chịu áp

Trước khi chọn ống thép lò hơi, cần biết rằng vật liệu phải đáp ứng ba yếu tố chính:

• Chịu nhiệt cao từ 450-650°C tùy vị trí lắp đặt
• Chịu áp suất lớn từ 20-130 bar
• Chống oxy hóa, ăn mòn và đóng cặn từ nước lò hơi

Những yếu tố này quyết định tuổi thọ và độ ổn định của toàn bộ hệ thống.

2.2 Các cấp thép thường dùng

Dưới đây là những dòng thép được sử dụng phổ biến nhất:

• SA-192: thép carbon cho ống trao đổi nhiệt, chịu áp trung bình - cao.
• SA-210 (A1/C): thép carbon chất lượng cao cho ống sinh hơi, ống tường nước.
• SA-213 (T11, T22, T91): thép Cr-Mo hợp kim chịu nhiệt dành cho ống quá nhiệt, ống hâm nóng.
• SA-335 (P11, P22, P91): thép hợp kim cao dùng cho lò hơi công suất lớn, nhà máy điện.

3. Tiêu chuẩn áp dụng cho ống thép lò hơi

Ống thép lò hơi phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế để đảm bảo chất lượng và khả năng chịu nhiệt.

Những tiêu chuẩn áp dụng cho ống thép lò hơi

Tiêu chuẩn ASTM - ASME

Tiêu chuẩn ASTM - ASME là hệ tiêu chuẩn Mỹ, quy định cụ thể:

Tiêu chuẩn DIN - EN (Châu Âu)

Một số mác thép phổ biến:

• DIN 17175 St35.8 / St45.8 - dùng trong đường ống áp suất cao
• 15Mo3, 13CrMo44 - dùng cho nồi hơi công nghiệp
• 10CrMo9-10 - dùng cho nhà máy điện

Tiêu chuẩn JIS (Nhật Bản)

• JIS G3461 STB 340, STB 410 - ống lò hơi nhiệt độ trung bình
• JIS G3462 STBA 12, STBA 22 - chịu nhiệt độ cao
• JIS G3463 SUS304, SUS316 - ống inox cho lò hơi đặc biệt

Những thông số bắt buộc phải công bố trong chứng chỉ vật liệu

Khi mua ống thép lò hơi, chứng chỉ CO-CQ phải thể hiện rõ:

• Thành phần hóa học (C, Mn, Cr, Mo…)
• Cơ tính (tensile, yield, elongation)
• Nhiệt độ tôi luyện / xử lý nhiệt
• Kết quả thử áp
• Kết quả kiểm tra NDT

>>> Trong hệ thống xử lý khí thải, các đường ống dẫn khí nóng thường kết nối với cyclone lọc bụi, do đó yêu cầu cao về khả năng chịu mài mòn và nhiệt độ của vật liệu ống.

4. Các yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng ống thép lò hơi

Trong quá trình đưa vào sử dụng, ống cần được kiểm định kỹ càng nhằm đảm bảo an toàn.

Các yêu cầu kỹ thuật khi sử dụng ống thép lò hơi

Kiểm tra cơ tính và hóa tính

Trước khi lắp đặt, ống cần được kiểm tra:

• Độ bền kéo, giới hạn chảy
• Độ dãn dài
• Thành phần hóa học

Kiểm tra không phá hủy

Kiểm tra NDT giúp phát hiện khuyết tật bên trong ống mà không làm hỏng vật liệu:

• UT (Ultrasonic Test): kiểm tra khuyết tật bên trong
• ET (Eddy Current Test): phát hiện nứt bề mặt
• RT (X-ray): kiểm tra mối hàn

Yêu cầu uốn, hàn và thử áp lực

Ống lò hơi thường phải uốn, hàn hoặc chế tạo thành coil. Do đó cần đảm bảo:

• Góc uốn không gây mỏng thành
• Mối hàn đạt tiêu chuẩn ASME IX
• Thử áp lực đạt yêu cầu thiết kế

5. Lựa chọn ống thép phù hợp theo từng loại lò hơi

Mỗi công nghệ lò hơi yêu cầu vật liệu ống thép riêng để đảm bảo độ bền và hiệu suất.

• Lò hơi tầng sôi (CFB): CFB yêu cầu ống chịu mài mòn cao và chịu nhiệt tốt hơn lò hơi thông thường. Vật liệu phổ biến: SA-213 T22, SA-210 C.
• Lò hơi ghi - lò hơi đốt than cám: Thường sử dụng thép carbon và thép hợp kim trung cấp như SA-210 A1, SA-192 cho Water wall.
• Lò hơi đốt Biomass / RDF / gas / dầu: Môi trường đốt sạch hơn nhưng có nguy cơ ăn mòn hóa học cao. Các mác thép Cr-Mo và inox chịu nhiệt thường được ưu tiên.

Lựa chọn ống thép phù hợp theo từng loại lò hơi

6. Lỗi thường gặp gây hư hỏng ống lò hơi

Ống lò hơi là bộ phận chịu nhiệt, áp suất cao và tiếp xúc trực tiếp với môi trường hóa chất, vì vậy dễ gặp phải một số sự cố phổ biến. Dưới đây là các nhóm lỗi thường xảy ra và nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng ống lò hơi:

Lỗi thường gặp gây hư hỏng ống lò hơi

6.1 Nứt nhiệt - ăn mòn - rỗ hóa học

Đây là nhóm lỗi xuất hiện nhiều nhất, đặc biệt ở ống quá nhiệt và ống tường nước. Các nguyên nhân chính gồm:

• Nhiệt độ tăng đột ngột
• Ăn mòn oxy - ăn mòn hóa học
• Dòng chảy không đều gây xói mòn

6.2 Nguyên nhân từ chất lượng nước - vận hành sai quy trình

Nước cấp không xử lý tốt sẽ gây đóng cặn, làm nóng cục bộ và thủng ống. Ngoài ra, vận hành sai thông số hoặc tăng tải nhanh cũng làm ống suy yếu và nứt vỡ.

Ống thép lò hơi là bộ phận quyết định hiệu suất, độ an toàn và tuổi thọ của toàn bộ hệ thống nồi hơi. Khi lựa chọn đúng mác thép, tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế và kiểm định đầy đủ, doanh nghiệp có thể hạn chế tối đa sự cố, tiết kiệm chi phí và vận hành ổn định hơn.

Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp lò hơi chất lượng, đạt chuẩn kỹ thuật và phù hợp với từng ngành sản xuất, bạn có thể tham khảo thêm tại GreenBoiler: https://greenboiler.vn/. Đây là địa chỉ cung cấp nhiều dòng lò hơi công nghiệp với độ tin cậy cao, hỗ trợ kỹ thuật và tư vấn tiêu chuẩn vật liệu chi tiết.