Марки стали для сосудов и теплообменников: как выбрать по таблице А.1 ГОСТ 34347-2017

Для сосуда выбирают не марку стали вообще, а строку таблицы А.1 ГОСТ 34347-2017. В строке марка связана со стандартом поставки и категорией проката, и только эта связка задаёт допустимую температуру стенки и давление среды. «09Г2С» без категории ничего не говорит о том, до какой температуры её можно применять.

Ниже — как пользоваться таблицей А.1 для листового проката, какие строки чаще всего нужны на практике, какие примечания меняют выбор и как записать материал в заявке.

Углеродистые и низколегированные стали: строки таблицы А.1

Лист для котлов и сосудов, работающих под давлением, выпускают по ГОСТ 5520-2017. Что даёт таблица А.1 ГОСТ 34347-2017 по самым ходовым маркам:

• Ст3сп, Ст3пс, Ст3Гпс, Ст3Гсп по ГОСТ 14637, категория 4 — от −20 до 200 °C, давление среды не более 5 МПа;
• 16К, 18К, 20К, 22К по ГОСТ 5520, категории 5 и 21 — от −20 до 200 °C; категории 11 и 17 — от −20 до 475 °C;
• 16ГС, 17ГС, 17Г1С, 09Г2С, 10Г2С1, категория 6 — от −40 до 200 °C; категории 12, 17, 22 — от −40 до 475 °C;
• 09Г2С и 10Г2С1, категория 7 — от −50 до 200 °C, категория 8 — от −60 до 200 °C, категория 9 — от −70 до 200 °C;
• 09Г2С и 10Г2С1, категории 14 и 17 — от −60 до 475 °C, категории 15 и 17 — от −70 до 475 °C.

Давление среды из углеродистых и низколегированных строк ограничено только у Ст3 и Ст4 по ГОСТ 14637 — 5 МПа (строки 1–4). Начиная со строки 5 — «не ограничено», в том числе у 09Г2С и других сталей по ГОСТ 5520.

Категория 17 стоит в строках 12, 21, 22 и 23 с разными нижними температурами — −20, −40, −60 и −70 °C. По ГОСТ 5520-2017 для категории 17 заказчик сам указывает одну из минусовых температур испытания на ударный изгиб, поэтому «категория 17» без этой температуры строку не определяет.

Примечания к таблице, которые меняют выбор

• Примечание 6: для сосудов из 10Г2С1, работающих под давлением, температура стенки — не ниже −60 °C, хотя строка таблицы допускает −70 °C.
• Примечание 1: толщина Ст3сп и Ст3пс категорий 4 и 5 — не более 25 мм, категории 3 — не более 40 мм.
• Примечание 14: вместо категории 17 у 16ГС и 09Г2С допускаются категории 12, 14, 15 — в зависимости от температуры стенки, если она ниже 0 °C.
• Примечание 12: лист по ГОСТ 19281 испытывают полистно при температуре стенки ниже −30 °C, выше 200 °C или при давлении более 5 МПа, если толщина листа не менее 12 мм.

Ограничение по толщине задаёт и сам стандарт на лист: по ГОСТ 5520-2017 09Г2С и 16ГС выпускают толщиной от 4 до 160 мм, 15К, 16К, 18К и 20К — от 4 до 60 мм, 17ГС и 17Г1С — от 4 до 50 мм.

09Г2С — низколегированная или легированная?

По действующему ГОСТ 5520-2017 — легированная, вместе с 10Г2С1, 10Х2М, 12ХМ и 12Х1МФ. «Низколегированной» её называли по ранее действовавшему ГОСТ 5520-79; соответствие классификаций дано в приложении А стандарта. На выбор по таблице А.1 это не влияет: там важны стандарт поставки и категория.

Прокат 16ГС, 17ГС, 09Г2С и 10Г2С1 поставляют также по ГОСТ 19281 — для него в таблице А.1 свои строки и категории, и они не совпадают с категориями ГОСТ 5520. Поэтому марку всегда записывают вместе со стандартом.

Нержавеющие стали: где граница по температуре

• 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632 — от −253 до 350 °C; свыше 350 °C — только для сред, не вызывающих межкристаллитную коррозию (примечание 16).
• 08Х18Н10Т — от −253 до 610 °C; свыше 610 до 700 °C — при давлении среды не более 5 МПа.
• 10Х17Н13М2Т — от −253 до 350 °C; свыше 350 до 700 °C — только для сред без межкристаллитной коррозии.
• 03Х18Н11 — от −253 до 450 °C.
• 08Х22Н6Т и 08Х21Н6М2Т — от −40 до 300 °C.

Отсюда практический вывод: если среда вызывает межкристаллитную коррозию, а температура выше 350 °C, 12Х18Н10Т по таблице не проходит. В опросном листе это отдельный вопрос — вызывает ли среда межкристаллитную коррозию, — и ответ на него нужен до выбора марки.

Из чего делают резервуары и теплообменники

Сосуды и аппараты под давлением — ёмкости, резервуары под давлением, корпуса теплообменников — по ГОСТ 34347-2017 стальные сварные. Материал каждой детали стандарт подбирает по своему приложению: лист — по таблице А.1, двухслойный лист — по Б.1, трубы — по В.1, поковки — по Г.1, сортовой и фасонный прокат — по Д.1, крепёж — по Ж.1.

• углеродистые и низколегированные стали — Ст3сп, стали 10 и 20, 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1;
• коррозионностойкие стали — 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т; лист из них таблица А.1 допускает от −253 °C;
• двухслойный прокат — основной слой с плакирующим; лист для сосудов под давлением полистно проверяют ультразвуком на сплошность сцепления слоёв;
• цветные металлы и сплавы — латунь, медно-никелевые сплавы, алюминий и его сплавы: приложения И, К и Л.

Оговорка про резервуары: ГОСТ 34347-2017 не распространяется на резервуары для хранения химических и нефтяных продуктов, которые проектируют по строительным нормам и специальным правилам. Ёмкость или резервуар, работающие в технологической установке под давлением или под налив, — сосуд по этому стандарту, и сталь для него ищут в таблице А.1.

«Какой материал лучше для теплообменника» — вопрос не про «лучше», а про среды. ГОСТ 31842-2012 требует учитывать расчётные давления, температуру стенок, состав и характер сред, технологические свойства и коррозионную стойкость материалов, а пределы применения берёт из ГОСТ 34347. Поэтому части одного аппарата бывают из разных материалов:

• ТН и ТК по ТУ 3612-024, исполнение М1: кожух из Ст3сп или 16ГС, теплообменные трубы из сталей 10 и 20;
• М8: кожух, камера, решётка и трубы — из 12Х18Н10Т, решётка и трубы также из 08Х18Н10Т;
• М10: кожух и трубы нержавеющие, а распределительная камера — из Ст3сп или 16ГС;
• М3 для холодильников и конденсаторов: трубы латунные, марки ЛАМш 77-2-0,05, решётка из 16ГС с наплавкой латунью.

Какие трубы применяют в теплообменниках

Таблицы ГОСТ 31842-2012 построены по наружному диаметру теплообменных труб: 16, 20, 25, 38 и 57 мм. Для каждого диаметра стандарт задаёт минимальную толщину стенки и шаг отверстий в трубной решётке:

• 16 мм — стенка не менее 1,0 мм, шаг 21 мм;
• 20 и 25 мм — стенка не менее 1,5 мм, шаг 26 и 32 мм;
• 38 и 57 мм — стенка не менее 2 мм, шаг 48 и 70 мм.

Это нижняя граница. Толщину назначают с учётом расчётного давления и пробного давления межтрубного пространства при гидроиспытании, а U-образные трубы гнут со средним радиусом не менее 1,5 наружного диаметра. В типовых рядах технических условий выбор уже: у ТН и ТК по ТУ 3612-024 — трубы 20 × 2 и 25 × 2 мм, у холодильников, конденсаторов и испарителей того же ряда — только 25 × 2 мм.

Сталь трубы ищут в таблице В.1 ГОСТ 34347-2017, как лист — в А.1. Бесшовные трубы из сталей 10 и 20 по ГОСТ 8731, ГОСТ 8733, ГОСТ 32528 допускаются от −30 до 475 °C при давлении среды до 16 МПа; трубы из сталей 10, 20, 20ПВ по ГОСТ 8733, ГОСТ 550, ГОСТ 32678 диаметром не более 38 мм и толщиной не более 5 мм — от −60 °C (на трубы по ГОСТ 8731 и ГОСТ 32528 эта оговорка не распространяется). Нержавеющие 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т по ГОСТ 9940 и ГОСТ 9941 — от −253 °C; 12Х18Н10Т выше 350 °C — только для сред, не вызывающих межкристаллитную коррозию.

Два требования к заказу труб, которые легко упустить. Трубы по ГОСТ 550 для теплообменных аппаратов заказывают группы А. Трубы, которые крепят в решётке развальцовкой, испытывают на раздачу (п. 4.3.2 ГОСТ 34347-2017) — поэтому способ крепления труб указывают в заявке сразу.

Пример: два аппарата — два выбора

Теплообменный аппарат 325ТНВ с трубным пространством под смесь азотной и серной кислот: трубы, корпус, камеры и решётка — из 12Х18Н10Т, опоры — из 09Г2С. Расчётная температура стенки — 25 °C: это строка таблицы от −253 до 350 °C, где ограничения по межкристаллитной коррозии нет; в документах аппарата к тому же указано, что межкристаллитной коррозии среда не вызывает. Опоры со средой не соприкасаются — их сделали из 09Г2С.

Ресивер азота и сжатого воздуха на 132 м³ с минимальной температурой стенки под расчётным давлением −60 °C — из 09Г2С категории 15 по ГОСТ 19281. Для этого проката таблица А.1 допускает от −70 до 475 °C, то есть с запасом. Если бы лист брали по ГОСТ 5520, для −60 °C подошли бы категории 8 и 9 (до 200 °C) или 14 и 15 (до 475 °C), а категории 6 и 7 — уже нет. Одна и та же марка 09Г2С — разные строки таблицы в зависимости от стандарта.

Как материал записывают в обозначениях

• Ёмкостные аппараты по ТУ 3615-001: У — углеродистая или низколегированная сталь, К — коррозионностойкая.
• Нефтегазосепараторы НГС(В): цифра 1 — коррозионностойкая, 2 — углеродистая или низколегированная.
• Теплообменники ТН и ТК по ТУ 3612-024: шифр М — например, М1 — кожух из Ст3сп или 16ГС, трубы из сталей 10 и 20; М8 — кожух из 12Х18Н10Т, трубы из 12Х18Н10Т или 08Х18Н10Т.
• Воздухосборники по ТУ 3615-004: исполнение 1 — Ст3 до −20 °C, исполнение 2 — 16ГС, 09Г2С, 10Г2С1 до −40 °C, исполнение 3 — 09Г2С, 10Г2С1 категории 8 до −60 °C.

Как указать материал в заявке

В опросном листе ТУ 3615-001 материал задают раздельно: корпус, детали, соприкасающиеся со средой, например трубный пучок, детали, не соприкасающиеся со средой, например рубашка, и прокладки — пункты 3.3.1–3.3.4. Там же указывают расчётную температуру стенки, минимальную допустимую температуру стенки под давлением, температуру самой холодной пятидневки и вызывает ли среда межкристаллитную коррозию.

Марку записывают вместе со стандартом и категорией — например, «09Г2С по ГОСТ 5520, категория 8». По этой записи находят строку таблицы А.1 и проверяют, что температура стенки и давление в неё укладываются.

Скачайте опросный лист, заполните его, указав минимальную температуру стенки и межкристаллитную коррозию среды, и приложите к заявке — инженеры ПЗЭМ подберут марку, стандарт и категорию проката для ёмкостного аппарата.