ลองนึกภาพอุปกรณ์ปฏิบัติงานที่อุณหภูมิสุดขีดเกิน 700°C ภายใต้ความกดดันที่รุนแรง วัสดุใดที่สามารถรับประกันประสิทธิภาพที่ปลอดภัยและมั่นคงภายใต้สภาวะที่เรียกร้องเช่นนี้ คำตอบอยู่ที่เหล็กโลหะผสมนิกเกิล ด้วยความต้านทานการคืบคลานที่ยอดเยี่ยมและความแข็งแรงสูง วัสดุขั้นสูงนี้จึงกลายเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ท้าทาย

เหล็กโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลักประกอบด้วยนิกเกิลเป็นองค์ประกอบโลหะผสมหลัก เสริมด้วยองค์ประกอบเพิ่มเติม เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม และเหล็ก เพื่อเพิ่มคุณสมบัติให้เหมาะสม เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้าทั่วไป มีข้อดีหลายประการที่แตกต่างกัน:

• ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานการคืบคลาน:รักษาความแข็งแรงเป็นพิเศษที่อุณหภูมิสูงในขณะเดียวกันก็ต้านทานการเสียรูปของการคืบ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง
• ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า:แสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงกรด ด่าง และเกลือ ทำให้มั่นใจถึงความทนทานในระยะยาว
• ความสามารถในการเชื่อมที่ดีเยี่ยม:อำนวยความสะดวกในการผลิตส่วนประกอบโครงสร้างที่ซับซ้อนผ่านกระบวนการเชื่อมที่เชื่อถือได้
• ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำ:เกรดบางเกรดจะรักษาความเหนียวที่ดีแม้ในสภาวะการแช่แข็ง ซึ่งช่วยขยายขอบเขตการใช้งาน

เทคโนโลยี Ultra-Supercritical ขั้นสูงแสดงถึงความก้าวหน้าในด้านประสิทธิภาพการผลิตพลังงานและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก โรงงาน A-USC ทำงานโดยใช้พารามิเตอร์ไอน้ำเกิน 700°C ต้องใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติสมรรถนะพิเศษ เหล็กโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการผลิตกังหัน A-USC

การออกแบบทั่วไป:โดยทั่วไปแล้ว กังหัน A-USC ขนาด 1,000 เมกะวัตต์ใช้การกำหนดค่า TC4F โดยมีโครง 4 แบบ ได้แก่ โครงแบบแรงดันสูงมาก (VHP) แบบไหลครั้งเดียว โครงแบบแรงดันสูง (HP) โครงแบบแรงดันปานกลาง (IP) ไหลสองครั้ง และโครงแบบแรงดันต่ำ (LP) ไหลสองครั้ง ปลอก VHP ทำงานที่แรงดัน 35MPa

การออกแบบดัดแปลง:การออกแบบบางแบบรวมปลอก VHP และ HP ไว้ในหน่วยเดียวเพื่อลดความยาวโดยรวมและการใช้วัสดุ แม้ว่าประสิทธิภาพและเสถียรภาพของโรเตอร์จะลดลงก็ตาม

การออกแบบ A-USC ขนาด 700MW:โดยทั่วไปแล้วกังหันเหล่านี้จะรวมปลอก HP และ IP เข้าด้วยกัน ระบบระบายความร้อนถูกจัดวางอย่างมีกลยุทธ์ในท่อ VHP และระหว่างท่อ HP/IP โดยมีการระบายความร้อนเพิ่มเติมสำหรับข้อต่อเชื่อมของโรเตอร์

• ใบมีดกังหัน HP และ IP:อุณหภูมิขาเข้าที่สูงและข้อกำหนดด้านความแข็งแรงทำให้โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นวัสดุที่คุณเลือก
• โรเตอร์:จำเป็นสำหรับการรักษาความแข็งแกร่งและความต้านทานการคืบคลานภายใต้สภาวะที่รุนแรง
• ปลอกกังหัน:พื้นที่อุณหภูมิสูงที่เลือกของปลอก VHP และ HP ใช้โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก

มีการใช้เทคนิคการทำความเย็นขั้นสูงเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของส่วนประกอบ:

• ใบมีดระบายความร้อน:ใช้ไอน้ำเย็นจากไอเสียกังหัน VHP และ HP
• การระบายความร้อนของโรเตอร์:การระบายความร้อนเฉพาะของรอยเชื่อมช่วยยืดอายุการใช้งาน

• ท่อการผลิต:โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลักให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่สำคัญในหลุมที่มีการผลิตสูง ทนต่อ H2S, CO2 และคลอไรด์
• ตัวเรือนคอมเพรสเซอร์:เลือกสำหรับการใช้งานแบบไครโอเจนิกส์ซึ่งวัสดุทั่วไปจะเปราะ

วัสดุเช่นโลหะผสม 600 และสแตนเลสทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญในเครื่องปฏิกรณ์ แม้ว่าการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียด (SCC) ในสภาพแวดล้อมน้ำที่มีอุณหภูมิสูงยังคงเป็นความท้าทายที่ต้องมีการวิจัยอย่างต่อเนื่อง

ความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมทำให้โลหะผสมเหล่านี้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ในการจัดการกับตัวกลางทางเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

เหล็กกล้าโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลักแบ่งตามโครงสร้างจุลภาคและองค์ประกอบ:

• เหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก
• เหล็กกล้าดูเพล็กซ์มาร์เทนซิติก-เฟอริติก
• เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
• เหล็กกล้าโลหะผสมนิกเกิล

บ่อน้ำมันทาริม:ใช้ท่อป้องกันการกัดกร่อนที่เคลือบด้วยคอมโพสิตด้วยการเคลือบภายใน AOC-2000T หรือ CK-54 เพื่อให้ทนทานต่ออุณหภูมิ 140°C และตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน รวมถึงกรด ด่าง เกลือ Cl-, CO2 และ H2S

แหล่งก๊าซเปรี้ยว:ต้องใช้วัสดุพิเศษหรือสารยับยั้งการกัดกร่อนเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของ SCC และเคมีไฟฟ้าในสภาพแวดล้อม H2S/CO2

SCC แสดงถึงกลไกความล้มเหลวที่สำคัญสำหรับโลหะผสมนิกเกิลและเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมเฉพาะ การศึกษามุ่งเน้นไปที่:

• กลไกการละลายสลิป/ออกซิเดชัน
• กระบวนการเรียงลำดับผลึกตามอายุ
• เวลาเริ่มต้นและพลังงานกระตุ้น
• ผลกระทบของอัตราความเครียด/ความเครียด
• ความต่างศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด

เหล็กกล้าโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักยังคงทำให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมต่างๆ ที่ต้องเผชิญกับสภาวะการทำงานที่หนักหน่วง การพัฒนาในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่:

• การเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการออกแบบโลหะผสม
• เทคนิคการผลิตขั้นสูง
• วิศวกรรมการประยุกต์ใช้แบบขยาย
• เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกความล้มเหลว

เนื่องจากความต้องการของอุตสาหกรรมพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและสภาพแวดล้อมที่ท้าทายมากขึ้น วัสดุขั้นสูงเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการสนับสนุนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ในขณะเดียวกันก็รับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน