โลหะผสมอุณหภูมิสูง-สำหรับหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้า

หม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าทำงานภายใต้สภาวะที่เรียกร้องมากที่สุดที่พบในการใช้งานทางอุตสาหกรรมใดๆ เช่น ความร้อนสูง แรงกดดันจากการบดอัด ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และ-อายุการใช้งานที่ยาวนานหลายทศวรรษ การเลือก-โลหะผสมอุณหภูมิสูงที่เหมาะสมจึงไม่ใช่แค่การตัดสินใจทางวิศวกรรมวัสดุเท่านั้น - แต่ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดประสิทธิภาพของโรงงาน ความปลอดภัย และ-เศรษฐศาสตร์ในระยะยาวโดยตรง

คู่มือนี้จะอธิบายว่าทำไมเหล็กธรรมดาถึงใช้งานไม่ได้ในหม้อต้มสมัยใหม่ ตระกูลโลหะผสมใดบ้างที่ใช้ในแต่ละช่วงอุณหภูมิ และวิธีการจับคู่เกรดเฉพาะให้เหมาะกับการใช้งานของคุณ ไม่ว่าคุณจะเป็นวิศวกรที่ระบุส่วนประกอบ ผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อเพื่อเปรียบเทียบซัพพลายเออร์ หรือเพียงแค่คนที่อยากรู้ว่าโรงไฟฟ้าทำงานอย่างไร คุณจะพบคำตอบที่ชัดเจนและมีข้อมูล-ที่นี่

► ข้อเท็จจริงสำคัญ: การเพิ่มอุณหภูมิไอน้ำจาก 540 องศา (ใต้วิกฤต) เป็น 700 องศา (เหนือวิกฤตยิ่งยวด) สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนได้มากกว่า 10 เปอร์เซ็นต์ - ประหยัด CO₂ หลายพันตันต่อปีต่อโรงงาน ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นนี้จะเกิดขึ้นได้เฉพาะกับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-ขั้นสูงเท่านั้น

เหตุใดหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าจึงต้องการโลหะผสมพิเศษ

หม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหิน-หรือก๊าซ-สมัยใหม่ถือเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่ น้ำจะถูกสูบเข้าไปในหม้อต้มน้ำด้วยแรงดันสูง และเปลี่ยนเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ซึ่งขับเคลื่อนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า โรงงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดจะผลักดันสภาวะไอน้ำจนถึงขีดจำกัดของวัสดุที่สามารถทนทานได้

พลังทำลายล้างทั้งสามโจมตีวัสดุหม้อไอน้ำพร้อมกัน:

การคืบ - ที่อุณหภูมิสูง โลหะจะค่อยๆ เปลี่ยนรูปภายใต้ภาระที่ต่อเนื่อง แม้ว่าจะไม่ถึงจุดแข็งของผลผลิตก็ตาม การเคลื่อนไหวด้วยกล้องจุลทรรศน์เป็นเวลาหลายพันชั่วโมงอาจทำให้ท่อนูน แตก หรือแตกได้

ออกซิเดชันและการกัดกร่อนร้อน - ก๊าซที่เผาไหม้ประกอบด้วยสารประกอบออกซิเจน ซัลเฟอร์ คลอรีน และวานาเดียมที่โจมตีพื้นผิวโลหะอย่างรุนแรง ผนังท่อบางลง และลดขอบเขตด้านความปลอดภัย

ความล้าจากความร้อน - การเริ่มต้น-และปิดเครื่องบ่อยครั้ง- จะสร้างความเครียดหมุนเวียนจากความร้อนที่ทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็ก- ซึ่งจะขยายใหญ่ขึ้นและนำไปสู่ความล้มเหลวในที่สุด

เหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดามีความประหยัดและเพียงพอถึงประมาณ 450 องศา เมื่อเกินเกณฑ์นี้ ความแรงของมันจะลดลงอย่างรวดเร็ว อัตราการคืบคลานของมันเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ และการเกิดออกซิเดชันจะเร่งขึ้น นี่คือจุดที่โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-เข้ามาแทนที่

เทคโนโลยีหม้อไอน้ำมีการพัฒนาอย่างไร

การผลักดันให้เกิดประสิทธิภาพที่สูงขึ้นได้ผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องในสภาพการทำงานของหม้อไอน้ำ - และเป็นผลให้โลหะผสมที่จำเป็นในการสร้างหม้อไอน้ำเหล่านั้น

ตาราง 1 - เทคโนโลยีหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าและสภาพการใช้งาน

ข้อมูลที่มาจากสิ่งพิมพ์ด้านเทคนิคของ IEA Clean Coal Center, EPRI และ VGB PowerTech

ตามที่ตารางด้านบนแสดง การเปลี่ยนจากเทคโนโลยี Subcritical ไปเป็น Advanced Ultra-Supercritical (A-USC) จำเป็นต้องมีอุณหภูมิไอน้ำเพิ่มขึ้นมากกว่า 160 องศา ไม่มีกลุ่มโลหะผสมเดียวครอบคลุมกลุ่มผลิตภัณฑ์ทั้งหมด จำเป็นต้องมีประเภทวัสดุที่แตกต่างกันในแต่ละระดับ

โลหะผสมอุณหภูมิสูงสามตระกูล-

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-สำหรับหม้อไอน้ำสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม โดยแต่ละกลุ่มเหมาะสมกับช่วงอุณหภูมิและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจง

เฟอร์ริติกขั้นสูง-เหล็กกล้ามาร์เทนซิติก (โครเมียม 9–12%)

เหล็กเหล่านี้ - ที่กำหนดโดยทั่วไปว่า T/P91, T/P92 และ VM12-SHC - ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับหม้อไอน้ำที่วิกฤตยิ่งยวด (SC) และพิเศษ-ยิ่งยวด (USC) ที่ทำงานที่อุณหภูมิประมาณ 620–650 องศา ต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับโลหะผสมนิกเกิล ทำให้เป็นวัสดุที่เลือกใช้สำหรับส่วนประกอบที่มีปริมาณมาก เช่น ถังรับแรงดัน ส่วนหัวท่อ ท่อไอน้ำ และท่อแบบประหยัด

เกรด T/P91(9Cr-1Mo-V-Nb): สิ่งสำคัญของอุตสาหกรรมหม้อไอน้ำ SC ตรงตามมาตรฐาน ASTM A335/A213 ให้ความสมดุลที่ดีระหว่างความแข็งแรง ความสามารถในการเชื่อม และราคา ขีดจำกัดอุณหภูมิการใช้งาน: ประมาณ 600–620 องศา

เกรด T/P92(9Cr-2W-Mo-V-Nb): วิวัฒนาการของ P91 โดยที่ทังสเตนเข้ามาแทนที่โมลิบดีนัมบางส่วน ความแข็งแรงของการคืบที่เหนือกว่าช่วยให้ส่วนของผนังบางลง ซึ่งช่วยลดน้ำหนักโดยรวม เหมาะสมถึง ~625–650 องศา

เกรด VM12-SHC(12Cr-Co-W-B): พัฒนาขึ้นสำหรับหม้อไอน้ำ USC รุ่นต่อไป โดยขยายขอบเขตเฟอร์ริติก-มาร์เทนซิติกไปทาง 650 องศา ปริมาณโครเมียม 12% ช่วยให้ต้านทานการเกิดออกซิเดชันของไอน้ำได้ดีขึ้น

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก (โครเมียม 18–25%)

เมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 620 องศา เหล็กเฟอร์ริติกจะไม่สามารถรักษาความแข็งแรงของการคืบที่เพียงพอได้อีกต่อไป สเตนเลสออสเทนนิติกเข้ามามีบทบาท จึงมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ดีขึ้นอย่างมาก เนื่องจากมีปริมาณโครเมียมและนิกเกิลที่สูงขึ้น ข้อเสีย-คือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่สูงขึ้นและต้นทุนที่สูงขึ้น

ซุปเปอร์ 304H(18Cr-9Ni-3Cu-Nb): เกรดที่ดัดแปลงด้วยทองแดงและไนโอเบียม ให้ความแข็งแรงในการคืบที่โดดเด่นสูงถึง ~700 องศา ได้รับการระบุไว้อย่างแพร่หลายสำหรับเครื่องทำความร้อนซุปเปอร์ฮีตเตอร์และท่อรีฮีตเตอร์ของ USC ผลิตโดยโรงงานสแตนเลสชั้นนำหลายแห่ง

HR3C(25Cr-20Ni-Nb-N): ต้านทานการกัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ ใช้ในส่วนที่ร้อนที่สุดของหม้อไอน้ำ USC (สูงถึง ~730 องศา ) และในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซไอเสียที่มีกำมะถันรุนแรง

310HCbN(25Cr-20Ni-Nb-N): ทางเลือกแทน HR3C ที่ให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกันแต่มีความสามารถในการแปรรูปที่ดีขึ้นเล็กน้อย

นิกเกิล-เบสซูเปอร์อัลลอย

เหนือ 700 องศา - โดเมนของหม้อไอน้ำขั้นสูง Ultra-Supercritical (A-USC) - ทั้งเหล็กเฟอร์ริติกและเหล็กสเตนเลสออสเทนนิติกคงความแข็งแรงของการคืบที่เพียงพอ นี่คือจุดที่ซูเปอร์อัลลอยฐานนิกเกิล-กลายเป็นสิ่งจำเป็น แม้ว่าต้นทุนจะสูงกว่าเหล็กกล้าอย่างมาก แต่ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและการประหยัด CO₂ ทำให้เกิดการลงทุนในระดับระบบที่สมเหตุสมผล

เมทริกซ์นิกเกิลให้ความต้านทานโดยธรรมชาติต่อ-การออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่องค์ประกอบการผสม เช่น โครเมียม (การกัดกร่อน) โคบอลต์ (การกักเก็บความแข็งแรง) โมลิบดีนัม/ทังสเตน (การเสริมสารละลายของแข็ง-) และไนโอเบียม/ไทเทเนียม/อะลูมิเนียม (การตกตะกอนที่แข็งตัวผ่านเฟส ' และ '' ) รวมกันเพื่อสร้างวัสดุที่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเหนือ 750 องศาภายใต้ความเค้นที่ยั่งยืน

ข้อมูลประสิทธิภาพเปรียบเทียบ

ตารางที่ 2 - สูง-การเปรียบเทียบโลหะผสมอุณหภูมิสำหรับการใช้งานหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้า

ที่มา: ASME Boiler และ Pressure Vessel Code มาตรา II; ข้อมูลทางเทคนิคของวาลูเรค; เทคโนโลยีวัสดุแซนด์วิค; เอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ VDM Metals

► หมายเหตุสำคัญเกี่ยวกับความแรงของครีป: ค่าข้างต้นเป็นเพียงค่าบ่งชี้ ความเค้นที่อนุญาตจริงสำหรับการออกแบบที่สอดคล้องกับโค้ด- จะต้องนำมาจาก ASME ส่วนที่ II ส่วน D หรือมาตรฐานระดับชาติที่เกี่ยวข้อง (เช่น EN 13480, GB 150) ปรึกษารายงานการทดสอบโรงงานที่ผ่านการรับรองของซัพพลายเออร์โลหะผสมของคุณเสมอ

นิกเกิล-เบสซูเปอร์อัลลอยโดยละเอียด

เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญเชิงกลยุทธ์ของซูเปอร์อัลลอยฐานนิกเกิล-ในหม้อน้ำ-รุ่น A-USC รุ่นถัดไป เนื้อหาในส่วนนี้จึงให้ความครอบคลุมทางเทคนิคเชิงลึกยิ่งขึ้นเกี่ยวกับเกรดที่มีนัยสำคัญทางการค้ามากที่สุด

ตาราง 3 - คีย์นิกเกิล-ซูเปอร์อัลลอยด์พื้นฐานสำหรับหม้อไอน้ำแบบวิกฤตยิ่งยวดขั้นสูง-

ข้อมูลองค์ประกอบ: % น้ำหนักที่ระบุต่อ ASTM B168, UNS N06617, UNS N07740 ฯลฯ ความต้านการคืบ: การแตกร้าว 100,000 ชั่วโมงที่ 750 องศา

อัลลอยด์ 617 - เกณฑ์มาตรฐานสำหรับท่อไอน้ำ A- USC

ล้อแม็ก 617 (UNS N06617 / ASTM B168, B564) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับท่อไอน้ำหลักในโรงงาน A-USC ที่ทำงานที่อุณหภูมิ 700–760 องศา มีประวัติการบริการที่ยาวนานที่สุดเมื่อเทียบกับซูเปอร์อัลลอยนิกเกิลในการใช้งานหม้อไอน้ำ และตอนนี้รวมอยู่ใน ASME Boiler Code Case 2702 สำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูง-

สารเสริมความแข็ง-ของสารละลาย (โคบอลต์ + โมลิบดีนัม) รวมกับสเกล Cr₂O₃/Al₂O₃ ออกไซด์ที่ป้องกัน ทำให้มีความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อทั้งออกซิเดชันของไอน้ำและการกัดกร่อนของก๊าซที่เผาไหม้ การไม่มี ' การตกตะกอนทำให้ความสามารถในการเชื่อมเป็นที่ยอมรับ - คุณลักษณะที่สำคัญสำหรับการผลิตท่อผนังที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่-และหนัก-

Alloy 740H - แชมป์ Superheater Tube

ล้อแม็ก 740H (UNS N07740 / ASTM B829) ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับส่วนท่อหม้อไอน้ำที่ร้อนแรงที่สุดในโรงงาน A-USC ปริมาณโคบอลต์สูงและการแข็งตัวของฝนด้วย ' (Ni₃(Al,Ti)) ให้ความแข็งแรงในการแตกของครีพสูงกว่าอัลลอยด์ 617 ประมาณ 30% ที่อุณหภูมิใกล้เคียงกัน

Alloy 740H เป็นซูเปอร์อัลลอยนิกเกิลตัวแรกที่ได้รับการอนุมัติ ASME Boiler Code Case 2702 สำหรับชิ้นส่วนแรงดันหม้อไอน้ำ ซึ่งเป็นเหตุการณ์สำคัญที่ช่วยเร่งให้เกิดการนำไปใช้เชิงพาณิชย์ในโครงการสาธิต A-USC ทั่วโลก รวมถึงโปรแกรม CanmetENERGY และ VGB-COORETEC

อัลลอย 282 - พรมแดนถัดไป

Alloy 282 (UNS N07208) พัฒนาโดย Haynes International ผสมผสานความแข็งแรงของการคืบของ Alloy 740H เข้ากับความสามารถในการขึ้นรูปและการเชื่อมที่ดีขึ้นอย่างมาก การ 'ทำให้แข็งแกร่งขึ้น - อย่างสมดุล (โดยไม่มีเศษส่วนของปริมาตรมากเกินไป) ส่งผลให้จลนศาสตร์หยาบช้าลง ' ซึ่งแปลไปสู่ความเสถียรในระยะยาวที่เหนือกว่า - โครงการวิจัยหลายโครงการกำลังประเมิน Alloy 282 อย่างแข็งขันสำหรับระบบ A-USC โดยกำหนดเป้าหมายไปที่สภาวะไอน้ำเกิน 700 องศาที่ 350 บาร์

คู่มือการเลือกโลหะผสมตามการใช้งาน

ตารางต่อไปนี้รวบรวมคำแนะนำในการเลือกสำหรับสถานการณ์การใช้งานหม้อไอน้ำทั่วไป ซึ่งสามารถใช้เป็นเครื่องมืออ้างอิงที่รวดเร็ว-สำหรับวิศวกรและทีมจัดซื้อจัดจ้าง

ตาราง 4 - การเลือกโลหะผสมที่แนะนำตามสภาพการทำงานของหม้อไอน้ำ

เศรษฐศาสตร์ของการอัพเกรดโลหะผสม

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือโลหะผสมที่มีสมรรถนะสูงกว่า-จะทำให้ต้นทุนโครงการสูงขึ้นเสมอ ในความเป็นจริง การคำนวณต้นทุนตลอดอายุการใช้งานมักจะชอบโลหะผสมระดับพรีเมียมด้วยเหตุผลต่อไปนี้:

ส่วนผนังที่บางกว่า: โลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงกว่า-ทำให้ความหนาของผนังลดลง ช่วยลดทั้งน้ำหนักวัสดุและต้นทุนการผลิต

ช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ขยายออกไป: ความต้านทานการคืบคลานและการเกิดออกซิเดชันที่เหนือกว่าจะแปลโดยตรงไปยังรอบการบำรุงรักษาที่วางแผนไว้ยาวนานขึ้น

ประสิทธิภาพของโรงงานที่สูงขึ้น: แต่ละเปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในโรงงานขนาด 1,000 เมกะวัตต์ จะช่วยประหยัดถ่านหินได้ประมาณ 20,000–25,000 ตันต่อปี (แบบใช้ถ่านหิน-)

การปฏิบัติตามกฎระเบียบ: การกระชับกฎระเบียบการปล่อยก๊าซ CO₂ ในเขตอำนาจศาลหลายแห่งทำให้เทคโนโลยี A- USC -ประสิทธิภาพสูงไม่เพียงแต่เป็นที่นิยมเท่านั้น แต่ยังจำเป็นอีกด้วย

ข้อควรพิจารณาในการแปรรูปและการเชื่อม

แม้แต่โลหะผสมที่ดีที่สุดก็ยังมีประสิทธิภาพต่ำกว่าหากไม่ได้ประดิษฐ์อย่างถูกต้อง มีประเด็นสำคัญหลายประการที่ใช้กับสเปกตรัมอุณหภูมิ:

การรักษาความร้อน

เหล็กกล้าเฟอร์ริติก-มาร์เทนซิติก (P91, P92) จำเป็นต้องมีการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) อย่างระมัดระวังเพื่อคืนโครงสร้างจุลภาคของมาร์เทนไซต์ที่ได้รับความร้อน การเบี่ยงเบนไปจากหน้าต่าง PWHT ที่ระบุ - โดยทั่วไปคือ 730–780 องศาสำหรับ P91 - อาจส่งผลให้มีอุณหภูมิสูงเกิน- โซนอ่อนแรง หรือมาร์เทนไซต์เปราะและไม่ได้รับการเทมเปอร์

โดยทั่วไปแล้ว ซูเปอร์อัลลอยนิกเกิล เช่น Alloy 617 และ Alloy 740H จะมีจำหน่ายในสารละลาย-ในสภาวะอบอ่อน การเชื่อมภาคสนามต้องมีการควบคุมความร้อนล่วงหน้า (ขั้นต่ำ 150 องศา ) และการจัดการอุณหภูมิระหว่างทาง-เพื่อป้องกันการแตกร้าวจากความร้อน

การเชื่อมโลหะที่แตกต่างกัน (DMW)

ระบบหม้อไอน้ำจำเป็นต้องเชื่อมต่อกลุ่มโลหะผสมที่แตกต่างกันอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ - ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่อส่วนหัว P92 กับท่อ Super 304H หรือท่อโลหะผสม 617 กับชิ้นส่วนเปลี่ยนผ่าน P92 การเชื่อมโลหะที่แตกต่างกันเหล่านี้ถือเป็นแง่มุมที่ท้าทายที่สุดของการผลิตหม้อไอน้ำ และต้องการ:

การเลือกโลหะตัวเติมที่เข้ากันได้ (โดยทั่วไปคือตัวเติมฐานนิกเกิล- เช่น ตัวเติมที่เข้ากันกับ Inconel 82/182 หรือ Alloy 617)

ให้ความสนใจอย่างระมัดระวังต่อค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่ไม่ตรงกัน ซึ่งทำให้เกิดความเค้นแบบวงจรที่บริเวณรอยเชื่อม

การใช้ชั้นเนยในกรณีที่จำเป็นเพื่อรองรับความไม่เข้ากันของโลหะวิทยา

การทดสอบแบบไม่ทำลาย- (NDE)

เมื่อคำนึงถึงความปลอดภัย-ลักษณะที่สำคัญของชิ้นส่วนแรงดันหม้อไอน้ำ การเชื่อมโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงทั้งหมด-จะต้องผ่าน NDE ที่เข้มงวดตามรหัสที่เกี่ยวข้อง (ASME หมวด I, EN 12952 หรือเทียบเท่า) การทดสอบอัลตราโซนิกแบบ Phased Array (PAUT) และเวลา-ของ-การเลี้ยวเบนของแสง (TOFD) กำลังเข้ามาแทนที่การถ่ายภาพรังสีแบบเดิมสำหรับส่วนประกอบผนังที่มีน้ำหนักมาก-มากขึ้น ทำให้สามารถตรวจจับข้อบกพร่องเชิงปริมาตรและระนาบได้ดีกว่า

มาตรฐานและข้อกำหนดระดับโลก

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-สำหรับชิ้นส่วนแรงดันหม้อต้มจะต้องเป็นไปตามมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับในระดับสากล กรอบการทำงานหลักคือ:

ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC) - มาตรฐานที่โดดเด่นในอเมริกาเหนือซึ่งเป็นที่ยอมรับทั่วโลก ส่วนที่ 1 ครอบคลุมถึงหม้อต้มน้ำกำลัง ส่วนที่ II ส่วน A (เหล็ก) และส่วน B (ไม่ใช่-) แสดงรายการวัสดุที่ได้รับการอนุมัติและความเค้นที่อนุญาต

EN 13480 / EN 10216-2 - มาตรฐานยุโรปสำหรับท่ออุตสาหกรรมโลหะและท่อเหล็กไร้ตะเข็บสำหรับใช้รับแรงดันที่อุณหภูมิสูง

GB 5310 / GB 9948 (จีน) - มาตรฐานแห่งชาติของจีนสำหรับท่อหม้อไอน้ำแรงดันสูง-และท่อแตกตัวของปิโตรเลียม ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐาน ASME/EN มากขึ้น

JIS G3462 / G3464 - มาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่นสำหรับท่อเหล็กโลหะผสมสำหรับบริการหม้อไอน้ำและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

► เคล็ดลับในการจัดซื้อ: เมื่อจัดหาผลิตภัณฑ์โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง- ให้ขอวัสดุที่ได้รับการรับรองคู่-เสมอในกรณีที่เกี่ยวข้อง (เช่น การรับรองคู่ ASME + EN) สิ่งนี้จะเพิ่มความยืดหยุ่นสูงสุดหากข้อกำหนดของโครงการเปลี่ยนแปลงหรือจัดส่งอุปกรณ์ไปยังเขตอำนาจศาลอื่น

ความยั่งยืนและบทบาทของ-โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงในการเปลี่ยนผ่านพลังงาน

ภาคพลังงานทั่วโลกเผชิญกับความท้าทายสองประการ: การตอบสนองความต้องการไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นพร้อมทั้งลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้อย่างมาก โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-เป็นตัวกระตุ้นที่สำคัญของการเปลี่ยนแปลงนี้ในสองวิธี

การแยกคาร์บอนออกจากพืชเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีอยู่

สำหรับฐานการติดตั้งขนาดใหญ่ของโรงไฟฟ้าถ่านหินและก๊าซ - โดยเฉพาะในเอเชีย - การอัปเกรดไปสู่สภาวะไอน้ำที่สูงขึ้นโดยใช้โลหะผสมขั้นสูงสามารถลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อย CO₂ ลงได้ 8–15% ต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงที่สร้างขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนโรงงานทั้งหมด นี่แสดงถึงหนึ่งในตัวเลือกการลดคาร์บอน-ที่มีประสิทธิภาพในระยะใกล้-ที่คุ้มค่าที่สุดที่มีอยู่

การเปิดใช้งานเทคโนโลยีพลังงานสะอาดใหม่

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เท่าเทียมกันในระบบพลังงานสะอาดที่เกิดขึ้นใหม่:

พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น (CSP): เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยเกลือหลอมเหลวที่ทำงานที่ 565–700 องศา ต้องใช้โลหะผสมที่มีความต้านทานการกัดกร่อนจากความร้อนได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่หลอมละลายไนเตรต/คลอไรด์ - เกรด เช่นล้อแม็ก 625และ HR3C อยู่ระหว่างการประเมินเชิงรุก

เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลวนิวเคลียร์ (MSR): แนวคิดเครื่องปฏิกรณ์ขั้นสูงที่ใช้ฟลูออไรด์หรือเกลือคลอไรด์ที่ 700–800 องศา กำหนดให้โลหะผสมฐานนิกเกิล- (โลหะผสม N / Hastelloy N) เป็นวัสดุโครงสร้างหลัก

การผลิตไฮโดรเจนผ่าน-กระแสไฟฟ้าที่อุณหภูมิสูง: เซลล์อิเล็กโทรไลซิสโซลิดออกไซด์ (SOEC) ที่ทำงานที่ 700–900 องศาต้องการการเชื่อมต่อระหว่างกันและความสมดุล-ของ-วัสดุพืชที่มีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยม - ซึ่งเป็นการใช้งานที่-เหล็กกล้าโครเมียมเฟอร์ริติกสูงและโลหะผสมนิกเกิลซูเปอร์อัลลอยด์เป็นตัวเลือก

บทสรุป

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-เป็นแกนหลักที่มองไม่เห็นของการผลิตพลังงานสมัยใหม่ ตั้งแต่เหล็กกล้าเฟอร์ริติก P91/P92 ที่ใช้ม้าหมุนซึ่งให้บริการหม้อไอน้ำแบบซับวิกฤตและเหนือวิกฤต ผ่านเกรดสเตนเลสออสเทนนิติก (Super 304H, HR3C) ที่เพิ่มประสิทธิภาพ-วิกฤตยิ่งยวดเป็นพิเศษ ไปจนถึงซูเปอร์อัลลอยฐานนิกเกิล- (อัลลอยด์ 617, 740H, 282) ที่ทำให้เป้าหมายขั้นสูงพิเศษ-บรรลุผลสำเร็จได้ - โลหะผสมแต่ละตระกูลแสดงถึงการตอบสนองทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังต่อความท้าทายด้านอุณหภูมิ ความดัน และการกัดกร่อนที่เฉพาะเจาะจง

การเลือกวัสดุควรเริ่มต้นด้วยคำจำกัดความที่ชัดเจนของสภาวะการทำงาน ตามด้วยการคัดกรองโลหะผสมอย่างเป็นระบบโดยเทียบกับความแข็งแรงของการคืบ ข้อมูลการเกิดออกซิเดชัน/การกัดกร่อน รหัสความเค้นที่อนุญาต ความสามารถในการขึ้นรูป และต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน คู่มือนี้ให้กรอบการทำงานเริ่มต้นที่มีโครงสร้าง วิศวกรรมการใช้งานโดยละเอียดควรเกี่ยวข้องกับนักโลหะวิทยาและซัพพลายเออร์วัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเสมอ

อภิธานศัพท์คำศัพท์สำคัญ

อ-USC (อัลตราขั้นสูง-วิกฤตยิ่งยวด):Boiler technology operating above 700 °C steam temperature and 350 bar, targeting >ประสิทธิภาพเชิงความร้อน 50%

คืบคลาน:เวลา-ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนรูปของวัสดุภายใต้ภาระที่ต่อเนื่องที่อุณหภูมิสูง ซึ่งเป็นกลไกความล้มเหลวหลักสำหรับท่อและท่อของหม้อไอน้ำ

PWHT (หลัง-การรักษาความร้อนจากการเชื่อม):วงจรการทำความร้อนและความเย็นแบบควบคุมที่ใช้หลังการเชื่อมเพื่อลดความเค้นตกค้างและฟื้นฟูคุณสมบัติทางโลหะวิทยา

' (แกมมาไพรม์):เฟสตกตะกอนระหว่างโลหะ (Ni₃Al/Ti) ที่เกิดขึ้นในซูเปอร์อัลลอยนิกเกิล ทำให้เกิดกลไกการเสริมกำลังเบื้องต้นที่อุณหภูมิสูง

ความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน:ความสามารถของโลหะผสมในการต้านทานการโจมตีที่พื้นผิวโดยออกซิเจนและชนิดออกซิไดซ์อื่นๆ ที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปผ่านการก่อตัวของสเกล Cr₂O₃ หรือ Al₂O₃ ที่ป้องกัน

ซุปเปอร์อัลลอย:คำกว้างๆ สำหรับโลหะผสมประสิทธิภาพสูง- (นิกเกิล- โคบอลต์- หรือฐานเหล็ก-) ที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 540 องศา ให้การผสมผสานที่ยอดเยี่ยมระหว่างความแข็งแรง ความต้านทานการคืบ และความต้านทานต่อออกซิเดชัน