PT1769195E - Estabelecimento de uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor e um colector e/ou distribuidor - Google Patents

Estabelecimento de uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor e um colector e/ou distribuidor Download PDF

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PT1769195E
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Description

1
DESCRIÇÃO
"ESTABELECIMENTO DE DMA LIGAÇÃO ENTRE SUPERFÍCIES DE AQUECIMENTO DE GERADORES DE VAPOR E UM COLECTOR E/OU DISTRIBUIDOR" A invenção refere-se a um processo para estabelecer uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor austeníticos e um recipiente utilizado como colector ou distribuidor, em que as uniões para tubos são incorporadas entre os cabos de ligação, que conduzem à superfície de aquecimento de geradores de vapor, e uma parede do colector ou recipiente de um corpo básico do recipiente e são directamente soldadas à parede do recipiente numa extremidade, sob a formação de uma folga axial entre a parede do recipiente e a união para tubos, e soldadas ao cabo de ligação na outra extremidade. A invenção refere-se também a um recipiente, que forma um colector ou distribuidor, com uniões para tubos aplicadas numa parede do recipiente de um corpo básico do recipiente, sob a formação de uma folga axial entre a parede do recipiente e a respectiva união para tubos, que numa extremidade - sob a formação de um costura de solda - são directamente soldadas à parede do recipiente, e na outra extremidade podem ser soldadas a um cabo de ligação austenítico, que conduz a uma superfície de aquecimento de geradores de vapor.
Em modernos geradores de vapor, que funcionam com elevadas pressões e elevadas temperaturas, algumas superfícies de aquecimento dos sobreaquecedores e reaquecedores são em material austenítico. Os materiais 2 austeníticos apresentam, no caso destas elevadas pressões e temperaturas, uma suficiente estabilidade, resistência à corrosão e à oxidação, para poderem ser utilizados nessas superfícies de aquecimento. Em contrapartida, fora do espaço aquecido, ou seja fora da câmara de combustão e de radiação, são utilizados materiais martensíticos ou ferríticos. Isto aplica-se principalmente também aos colectores e distribuidores que se encontram na área não aquecida, e aos quais são ligadas as superfícies de aquecimento através de cabos de ligação que são igualmente fabricados em material austenítico.
Porém, os materiais austeníticos possuem um coeficiente de dilatação superior ao dos materiais martensíticos ou ferríticos. Isto causa elevadas tensões nas juntas soldadas entre materiais austeníticos (os chamados "materiais brancos") e os materiais ferríticos ou martensíticos (os chamados "materiais pretos"). Até agora, são utilizados os chamados conectores preto-branco, que no exemplo da Figura 3 são constituídos como adaptadores de união 14 de dois conectores em T axialmente soldados em materiais respectivamente diferentes, e que são soldados na área não aquecida nos cabos de ligação 15 (comparar as Figuras 1 e 2) desde a superfície de aquecimento até ao colector 17 ou directamente à frente do colector 17 entre os cabos de ligação 15 e o bocal do colector 16. É também já conhecido o método de dispor este tipo de conectores de soldar do lado da caldeira entre a saída da superfície de aquecimento e os cabos de ligação para o colector.
Estes conectores preto-branco têm, porém, uma produção e ensaio dispendiosos devido às maiores exigências que lhes são colocadas em termos de qualidade. Além disso, a 3 incorporação do conector preto-branco requer várias costuras de solda nos cabos de ligação para o colector, o que por sua vez volta a aumentar o custo de montagem e de ensaio.
Deste modo, o documento GB 678 549 A publica a soldadura de uma união para tubos num orifício de ligação escalonado de um colector. Neste documento não há, porém, qualquer referência aos materiais que constituem os objectos a unir. 0 documento US-A-4 526 137 publica também uma união para tubos, que está soldada a uma parede de um colector com um orificio. Está aqui adicionalmente previsto um revestimento interno, que pretende reforçar o lado interior da união para tubos, de modo a torná-lo mais resistente ao calor. 0 revestimento interior está mecanicamente unido -ou seja sem soldar - à união para tubos. Relativamente ao material, este documento refere apenas que o revestimento interior pode ser constituído por um material diferente do da união para tubos, sobretudo um material anti-corrosivo. NL 84 739 C dá-nos a conhecer um processo e um recipiente do género. Aí é descrito um processo para estabelecer uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor (austeníticos) e um recipiente utilizado como colector ou distribuidor, em que as uniões para tubos são incorporadas entre os cabos de ligação, que conduzem à superfície de aquecimento de geradores de vapor, e uma parede de recipiente de um corpo básico do recipiente, e são directamente soldadas à parede do recipiente numa extremidade, sob a formação de uma folga axial entre a parede do recipiente e a união para tubos, e soldadas ao cabo de ligação na outra extremidade. A união para tubos é 4 aplicada numa parede do recipiente de um colector ainda sem orifício de ligação, antes de ser feito um orifício para dentro do colector, sendo para isso perfurada a união para tubos. Também este documento não faz referência aos materiais respectivamente utilizados e que interagem no âmbito das juntas soldadas do colector ou recipiente, da união para tubos e dos cabos de ligação para as superfícies de aquecimento de geradores de vapor. A invenção pretende disponibilizar uma união entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor e um recipiente utilizado como colector ou distribuidor, que reduz o custo de montagem e de ensaio da união, reduz o estado da tensão residual e da tensão de serviço da união e aumenta a vida útil da união.
Num processo do tipo inicialmente mencionado, este objectivo é alcançado em conformidade com a invenção pelas características da reivindicação 1.
De igual modo, o objectivo num recipiente do tipo inicialmente mencionado em conformidade com a invenção, é alcançado por um recipiente com as características da reivindicação 4.
No processo em conformidade com a invenção para estabelecer uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor em material austenítico e um recipiente ligado como colector ou distribuidor com um corpo básico em material martensítico ou ferrítico, as uniões para tubos em liga à base de níquel são incorporadas entre os cabos de ligação para a superfície de aquecimento e a parede do recipiente do corpo básico, e as uniões para tubos são directamente soldadas à parede do recipiente do corpo 5 básico, de modo a permanecer uma folga axial entre a união para tubos e a parede do recipiente.
Num recipiente concebido como colector ou distribuidor em conformidade com a invenção, as uniões para tubos para ligar aos cabos de ligação para as superfícies de aquecimento ou tubos geradores de vapor de um gerador de vapor são fabricadas em liga à base de níquel e são utilizadas de tal modo na secção exterior de orifícios de ligação escalonados na parede do corpo básico do recipiente, e directamente soldadas à parede do recipiente, que permanece uma folga axial entre a união para tubos e o fundo da secção exterior do orifício de ligação. A invenção permite soldar directamente os cabos de ligação para as superfícies de aquecimento de geradores de vapor em material austenítico, e por isso "branco", às uniões para tubos do recipiente em questão em liga à base de níquel, cujo coeficiente de dilatação se encontra entre o coeficiente de dilatação de material austenítico, ou seja material branco, e o coeficiente de dilatação de material ferrítico ou martensítico, ou seja material preto. Além disso, as uniões para tubos em liga à base de níquel são directamente soldadas à parede do recipiente, de modo a que a costura da junta da liga à base de níquel das uniões para tubos para o material da parede do recipiente fique directamente na transição do Recipiente-Corpo Básico para o Recipiente-União para Tubos. Uma vez que a união para tubos em liga à base de níquel é aplicada na parede do recipiente, mantendo uma folga axial ou espaço livre entre a união para tubos e a parede do recipiente, resulta daqui uma muito melhor distribuição da tensão na área da costura de solda. 6
Comparativamente com a utilização convencional de conectores preto-branco nos cabos de ligação entre a superfície de aquecimento do gerador de vapor e o colector ou distribuidor, a invenção permite prescindir - em função do modelo - até um máximo de duas costuras de solda, reduzindo assim substancialmente o custo da montagem, ensaio e manutenção, sobretudo porque a costura da junta do "material branco", com o qual também são constituídos os cabos de ligação, para o "material preto" se situa directamente na parede do colector ou distribuidor. A norma ASME já deu a conhecer folgas axiais entre a extremidade do tubo e a parede (a chamada costura de solda ASME), sendo inserida uma camada entre a extremidade do tubo e a parede, que é decomposta ou destruída durante o funcionamento do sistema, de modo a permanecer a folga axial. Deste modo, é possível progredir mesmo na produção da junta soldada em conformidade com a invenção. Mas também é possível manter, de outro modo, a folga axial livre que funciona como uma espécie de junta de dilatação, por ex. através da formação de adequadas saliências, nervuras ou similar, que se encontram na extremidade do tubo e/ou da parede e são esmagadas durante o funcionamento do sistema devido à dilatação da união de tubos. A folga axial compensa as deformações elásticas e plásticas da união para tubos. A largura da folga axial depende da diferença entre a união para tubos e a parede do recipiente no seu comportamento de dilatação, que por sua vez depende sobretudo do respectivo material utilizado. A largura da folga axial situa-se entre alguns milímetros decimais e 7 alguns milímetros, por ex. a 1,6mm antes da soldadura num diâmetro exterior do bocal entre 40 e 80mm.
Como material de soldadura para a costura de solda entre as uniões para tubos e a parede do recipiente, é utilizado, em conformidade com a versão da invenção, preferencialmente também um material cujo coeficiente de dilatação se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação da liga à base de níquel, a partir da qual são feitas as uniões para tubos, e o coeficiente de dilatação do material da parede do recipiente em material ferrítico ou martensítico. Deste modo, favorece-se adicionalmente o estado da tensão na área da costura de solda.
As ligas à base de níquel utilizadas em conformidade com a invenção como material do bocal (por ex., Alloy 61 7) caracterizam-se por um coeficiente de dilatação térmica, que se situa entre o coeficiente de dilatação de material ferrítico ou martensítico e o coeficiente de dilatação de material austenítico.
Privilegia-se também para a junta soldada entre a união para tubos e o cabo de ligação em material austenítico um material de soldadura, cujo coeficiente de dilatação se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação do material do bocal e o coeficiente de dilatação do material do cabo de ligação, ou utiliza-se igualmente um material de soldadura em liga à base de níquel.
Pode também utilizar-se como material para o corpo básico do recipiente que serve de colector ou distribuidor uma liga à base de níquel em vez de um material ferrítico ou martensítico, cujo coeficiente de dilatação se situa na sua grandeza entre a do material austenítico e ferrítico ou 8 martensítico, em que também a união para tubos é constituída por uma liga à base de níquel com um coeficiente de dilatação entre o do material austenítico, por um lado, e o do material martensítico ou ferrítico, por outro lado, e é directamente soldada à parede do recipiente.
Também nesta versão, na qual a própria parede do recipiente é composta por um material à base de níquel, é mantida livre uma folga axial entre a união para tubos e o fundo da secção exterior, onde é aplicada a união para tubos, que actua para compensar as deformações elásticas e plásticas do bocal durante a soldadura e sobretudo também durante o funcionamento do sistema, sendo que nesta versão a folga axial pode ser, porém, se necessário menor do que numa parede de recipiente em material ferrítico ou martensítico.
Uma outra versão da invenção refere-se a um processo para estabelecer uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor num material austenítico e um recipiente utilizado como colector ou distribuidor com um corpo básico em material martensítico ou ferrítico, em que são incorporadas uniões para tubos em liga à base de níquel entre os cabos de ligação para a superfície de aquecimento em material austenítico e a parede do recipiente do corpo básico, e em que as uniões para tubos são directamente soldadas, numa extremidade, à parede do recipiente e a um correspondente cabo de ligação na outra extremidade. Privilegia-se como material de soldadura para soldar as uniões para tubos e a parede do recipiente ou a união para tubos e o cabo de ligação, um material de soldadura cujo coeficiente de dilatação se situa na área de 9 grandeza entre o coeficiente de dilatação do material do bocal e o coeficiente de dilatação do material do recipiente ou do cabo de ligação. Pode também utilizar-se um material de soldadura para soldar a união para tubos e a parede do recipiente ou a união para tubos e o cabo de ligação, cujo coeficiente de dilatação corresponde ao da união para tubos. Depois de soldar os componentes União para Tubos e Parede do Recipiente ou União para Tubos e Cabos de Ligação, o coeficiente de dilatação da junta soldada situa-se entre os coeficientes de dilatação dos dois materiais a unir, devido à mistura dos respectivos materiais. 0 material de soldadura para soldar a união para tubos e a parede do recipiente pode ser diferente do utilizado para soldar a união para tubos e o cabo de ligação. Também nesta versão do processo em conformidade com a invenção se privilegia manter uma folga axial entre a união para tubos e a parede do recipiente, que serve para compensar as deformações elásticas e plásticas do bocal durante a soldadura e sobretudo também durante o funcionamento do sistema. A liga à base de niquel, a partir da qual é produzida a parede do recipiente, pode coincidir com a que é usada para produzir as uniões para tubos. A união para tubos e a parede do recipiente podem, por exemplo, ser ambos de Alloy 617. Mas também é possível utilizar para a parede do recipiente outra liga à base de níquel diferente da usada para a união para tubos, e nomeadamente sobretudo com um coeficiente de dilatação que se situa entre o do material do bocal e o dos materiais martensíticos ou ferríticos.
Como material de soldadura para soldar as uniões para tubos a uma parede de recipiente em liga à base de níquel é 10 igualmente utilizado um material em liga à base de níquel. Se o material do bocal e o material da parede tiverem o mesmo coeficiente de dilatação térmica, é utilizado o mesmo tipo de material de soldadura. Mas se estes coeficientes de dilatação forem diferentes, é preferencialmente utilizado um material de soldadura com um coeficiente de dilatação entre o do material do bocal e o do material da parede.
Como material de soldadura para soldar as uniões para tubos ao respectivo cabo de ligação para a superfície de aquecimento do gerador de vapor, é também utilizado nesta versão da invenção com uma parede de recipiente em liga à base de níquel um material de soldadura, cujo coeficiente de dilatação se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação do material do bocal e o coeficiente de dilatação do material do cabo de ligação austenítico, ou é utilizado um material de soldadura em liga à base de níquel, que corresponde à liga à base de níquel, da qual é feita a união para tubos. 0 material de soldadura para soldar os cabos de ligação à união para tubos pode eventualmente corresponder ao que é também usado para soldar a união para tubos na parede do recipiente.
No desenho, a Fig. 1 mostra esquematicamente a área não aquecida de um gerador de vapor com cabos de ligação 15 entre as superfícies de aquecimento e o bocal do colector, o colector 17 e os conectores 14 tradicionais soldados na união entre os cabos de ligação 15 e o colector 17. A Fig. 2 mostra, numa representação esquemática de corte transversal, um colector 17 tradicional com convencionais conectores preto-branco 14 soldados ao bocal do colector 16, e a Fig. 3 apresenta um exemplo de um conector preto-branco 14. 11 A Fig. 4 é uma representação de corte de uma junta soldada em conformidade com a invenção da parede do colector 2 e da união para tubos 1. A Fig. 5 é uma representação de corte de um colector em conformidade com a invenção 5 com uniões para tubos 1 em liga à base de níquel e com cabos de ligação dos geradores de vapor 15 aí soldados. A Fig. 6 é uma representação de corte de uma junta soldada em conformidade com a invenção entre a união para tubos 1 e a parede do recipiente 2, por um lado, e a união para tubos 1 e o cabo de ligação 15, por outro lado.
Como se pode ver particularmente bem na Fig. 4, a união para tubos 1 cilíndrica e contínua em liga à base de níquel na versão, é de tal modo aplicada na secção exterior 7 de diâmetro ampliado de um orifício de ligação 6 escalonado, e soldada à parede do recipiente 2 por meio de uma costura de solda 3 afunilada, que permanece uma folga axial 4 como folga de dilatação entre a superfície frontal interior da união para tubos 1 e o fundo anelar da secção exterior 7 do orifício de ligação 6. Os cabos de ligação de geradores de vapor 15 podem ser soldados directamente às uniões para tubos 1, conforme a Fig. 5. Deste modo, cada cabo de ligação 15 requer apenas duas costuras de solda 3, que se situam directamente na transição da liga à base de níquel da união para tubos 1 para a parede do recipiente 2.
Em vez de um material martensítico ou ferrítico para a parede do recipiente 2, esta pode ser constituída, ela mesmo, por um material em liga à base de níquel. Como se pode ver ainda na Fig. 6, como complemento à Fig. 4, a união para tubos 1 está soldada ao cabo de ligação 15, tendo sido utilizado como material de soldadura para a 12 junta soldada entre a união para tubos 1 e a parede do recipiente 2, por um lado, e/ou a união para tubos 1 e o cabo de ligação 15, por outro lado, preferencialmente um material cujo coeficiente de dilatação se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação do material da união para tubos e o coeficiente de dilatação do material do recipiente ou do cabo de ligação. Pode também utilizar-se um material de soldadura para soldar a união para tubos e a parede do recipiente ou a união para tubos e o cabo de ligação, cujo coeficiente de dilatação corresponde ao da união para tubos. Depois de soldar os componentes União para Tubos e Parede do Recipiente ou União para Tubos e Cabos de Ligação, o coeficiente de dilatação da junta soldada situa-se entre os coeficientes de dilatação dos dois materiais a unir, devido à mistura dos respectivos materiais. 13
DOCUMENTOS APRESENTADOS NA DESCRIÇÃO
Esta lista dos documentos apresentados pelo requerente foi exclusivamente recolhida para informação do leitor e não faz parte do documento europeu da patente. Foi elaborada com o máximo cuidado; o IEP não assume, porém, qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.
Documentos de patente apresentados na descrição
GB 678549 A NL 84739 C
US 4526137 A
Lisboa, 21/12/2010

Claims (5)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um processo para estabelecer uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor austeníticos e um recipiente (5) utilizado como colector (5, 17) ou distribuidor, em que as uniões para tubos (1) são incorporadas entre os cabos de ligação (15), que conduzem à superfície de aquecimento de geradores de vapor, e uma parede de colector ou de recipiente (2) de um corpo básico do recipiente (5), e são directamente soldadas à parede do recipiente (2) numa extremidade, com formação de uma folga axial (4) entre a parede do recipiente (2) e a união para tubos (1), e soldadas ao cabo de ligação (15) na outra extremidade, caracterizado pelo facto das uniões para tubos (1) serem aplicadas respectivamente na secção exterior (7) de um orifício de ligação escalonado (6) da parede do recipiente (2), e ser respectivamente soldada uma união para tubos (1) em liga à base de níquel com a parede do recipiente (2) de um corpo básico (5) em material martensítico ou ferrítico ou em liga à base de níquel e com um cabo de ligação (15) num material austenítico.
2. Processo segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, para soldar uniões para tubos (1) e uma parede do recipiente (2), ser utilizado um material de soldadura cujo coeficiente de dilatação é igual ao coeficiente de dilatação do material do bocal ou se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação do 2 material do bocal e o coeficiente de dilatação do material do recipiente.
3. Processo segundo a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo facto de, para soldar uniões para tubos (1) e um cabo de ligação (15), ser utilizado um material de soldadura cujo coeficiente de dilatação é igual ao coeficiente de dilatação do material do bocal ou se situa na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação do material do bocal e o coeficiente de dilatação do cabo de ligação.
4. Recipiente (5), que forma um colector (5, 17) ou distribuidor, com uniões para tubos (1) aplicadas numa parede de recipiente (2) de um corpo básico do recipiente (5), com formação de uma folga axial (4) entre a parede do recipiente (2) e a respectiva união para tubos (1), que numa extremidade - com formação de uma costura de solda (3) - são directamente soldadas à parede do recipiente (2), e na outra extremidade podem ser soldadas a um cabo de ligação (15) austenitico que conduz a uma superfície de aquecimento de geradores de vapor. caracterizado pelo facto da união para tubos (1) ser aplicada respectivamente na secção exterior (7) de um orifício de ligação escalonado e formado na parede do recipiente (2), e do corpo básico do recipiente (5) ser constituído por um material martensítico ou ferrítico ou uma liga à base de níquel e a união para tubos(1) ser constituída por uma liga à base de níquel. 3
5. Recipiente segundo a reivindicação 4, caracterizado pelo facto da costura de solda (3) ser fabricada num material de soldadura com um coeficiente de dilatação igual ao coeficiente de dilatação da liga à base de niquel das uniões para tubos (1) ou situado na área de grandeza entre o coeficiente de dilatação da liga à base de niquel da união para tubos (1) e o coeficiente de dilatação do material da parede do recipiente (2). Lisboa, 21/12/2010
PT05769368T 2004-07-05 2005-07-04 Estabelecimento de uma ligação entre superfícies de aquecimento de geradores de vapor e um colector e/ou distribuidor PT1769195E (pt)

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