باعتبارها مادة أساسية تتحمل الضغط في غلايات محطات الطاقة، فإن أداءأنابيب فولاذية للغلايات عالية الضغط P92يؤثر هذا النوع الجديد من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للحرارة تأثيرًا مباشرًا على التشغيل الآمن وكفاءة الطاقة للوحدات فوق الحرجة. وقد حقق هذا النوع الجديد من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للحرارة إنجازاتٍ كبيرة في متانة درجات الحرارة العالية، ومقاومة الزحف، وقابلية اللحام من خلال تحسين التركيب وابتكار العمليات، وأصبح الآن خيارًا رئيسيًا للمواد المستخدمة في الوحدات ذات معاملات البخار التي تزيد عن 600 درجة مئوية حول العالم.
أولاً، الخصائص المادية والابتكارات التكنولوجية لأنابيب الصلب الخاصة بالغلايات ذات الضغط العالي P92.
فولاذ P92 هو درجة فولاذ مُحسّنة مبنية على P91، مع إضافة 1.7% تنغستن وانخفاض في محتوى الموليبدينوم. يُحقق نظام تركيبه الكيميائي (Cr: 8.5-9.5%، W: 1.5-2.0%، Mo: 0.3-0.6%) زيادة في مقاومة الزحف بأكثر من 30% مقارنةً بدرجات الفولاذ التقليدية، وذلك بفضل التأثير التآزري لتقوية المحلول الصلب والتقوية بالترسيب. من حيث البنية الدقيقة، تُشكّل هذه المادة، من خلال عمليات الدرفلة والتبريد المُتحكم بها، مصفوفة مارتنسيتية شبكية. ومع التوزيع المُشتت لكربونات النتريد من نوع MX وأطوار Laves، تحافظ على مقاومة زحف ≥100 ميجا باسكال لمدة 100,000 ساعة حتى عند درجة حرارة 650 درجة مئوية. ومن الجدير بالذكر بشكل خاص التوافق الممتاز بين معامل التمدد الحراري (12.5 × 10⁻⁶/℃) والتوصيل الحراري (26 واط/م·ك)، مما يخفف بشكل فعال من مشكلات الإجهاد الحراري أثناء بدء تشغيل الوحدة وإيقاف تشغيلها.
ثانياً، الإنجازات الرئيسية في عملية إنتاج أنابيب الصلب الخاصة بالغلايات ذات الضغط العالي P92.
1. استخدام تقنية الصهر الثلاثي EF+LF+VD للتحكم في محتوى الغاز إلى [H]≤1.5ppm و[O]≤20ppm.
2. تحقيق تشكيل دقيق مع تفاوت سمك الجدار بنسبة ±5٪ باستخدام مطحنة التشكيل الشعاعي بالاشتراك مع مطحنة الدرفلة المستمرة ثلاثية الأسطوانات.
3. الاستفادة من عملية المعالجة الحرارية المزدوجة للتطبيع (1080℃±10℃) + التلطيف (760℃±15℃).
4. الكشف التلقائي عن العيوب بالموجات فوق الصوتية واختبار التيار الدوامي لضمان معدل اكتشاف العيوب ≥99.5٪.
وفقًا لبيانات مركز اختبار جيانغشي، يصل عمر الكسر لأنابيب P92 المُنتجة محليًا تحت ظروف 620 درجة مئوية/29.4 ميجا باسكال إلى 187,000 ساعة، متجاوزًا بذلك متطلبات معيار ASME بنسبة 40%. وقد أظهرت ست سنوات من تتبع التشغيل في محطة طاقة تجريبية أن معدل الزحف السنوي بلغ 0.12% فقط لكل كيلوهرتز، وهو أقل بكثير من القيمة المسموح بها في التصميم.
ثالثا، حالة تطبيق هندسي نموذجية لأنابيب الصلب P92 المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي.
في بناء وحدة فائقة الحرج بقدرة 1000 ميجاوات في مقاطعة قوانغدونغ، أظهرت أنابيب الفولاذ P92 مزايا كبيرة عند استخدامها في خط الأنابيب البخاري الرئيسي (معلمات التصميم 31 ميجا باسكال/605 درجة مئوية):
- تم تقليل سمك الجدار إلى 52 مم (انخفاض الوزن بنسبة 18٪ مقارنة بحل P91)
- تم توسيع نافذة المعالجة الحرارية بعد اللحام إلى 740-780 درجة مئوية
- التثبيت في الموقع، وزيادة إنتاج اللحام الأولي إلى 98.6٪
وتظهر بيانات الرصد التشغيلي أن الكفاءة الحرارية للوحدة وصلت إلى 45.8%، وهي زيادة قدرها 7.3 نقطة مئوية مقارنة بالوحدات دون الحرجة، مما أدى إلى خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 120 ألف طن سنويا.
رابعا، تحقيق تقدم كبير في تكنولوجيا اللحام لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
لمعالجة صعوبات لحام فولاذ P92، تم استخدام مواد لحام خاصة مُطوّرة محليًا (مثل أقطاب اللحام CHH727) مع عملية لحام متعددة الطبقات ومتعددة التمريرات، مما زاد من متانة الوصلة إلى 72J (-20 درجة مئوية). وقد اعتمد أحد المشاريع الرئيسية الطرق التالية:
1. درجة حرارة التسخين المسبق 150-200 درجة مئوية
2. التحكم في درجة حرارة Interpass ≤300 درجة مئوية
3. معالجة إزالة الهيدروجين بعد اللحام عند درجة حرارة 250 درجة مئوية لمدة ساعتين
٤. معالجة حرارية بعد اللحام عند درجة حرارة ٧٦٠ درجة مئوية لمدة ٤ ساعات. نتج عن ذلك معامل قوة وصلة اللحام ٠.٩٢، وتحكم في صلابة المنطقة المتأثرة بالحرارة بأقل من ٢٥٠ HV⁻. علاوة على ذلك، حسّنت تقنية اللحام الهجين بالقوس الليزري، التي طورتها جامعة نانجينغ للتكنولوجيا، كفاءة اللحام بنسبة ٤٠٪ وقللت التشوه بنسبة ٦٠٪.
خامسا، إنشاء نظام مراقبة الجودة لأنابيب الصلب الخاصة بالغلايات ذات الضغط العالي P92.
أنشأت الصناعة شبكة لمراقبة الجودة على مدار دورة كاملة من المواد الخام إلى الخدمة:
- المواد الخام: تنفيذ التحكم الدقيق في سبائك النيوبيوم/التيتانيوم الدقيقة (±0.01%)
- التصنيع: استخدام أجهزة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لمراقبة مجال درجة حرارة المعالجة الحرارية في الوقت الفعلي
- التفتيش: تقديم اختبار الموجات فوق الصوتية بمصفوفة الطور لتحديد العيوب المكافئة بمقدار 0.5 مم
- منصة البيانات الضخمة: دمج 32 ألف مجموعة من البيانات التشغيلية من 56 محطة طاقة على مستوى البلاد.
سادساً، تحليل التكلفة والفائدة لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
على الرغم من أن التكلفة الأولية لمادة P92 أعلى بنسبة 20-30% من الدرجات الفولاذية التقليدية، إلا أن ميزة تكلفة دورة حياتها كبيرة:
1. يسمح الضغط التصميمي المتزايد بتقليل سمك الجدار، مما يقلل من استخدام المواد بنسبة 15-20%.
2. دورة الصيانة تمتد إلى 8 سنوات (مقارنة بـ 5 سنوات للمواد التقليدية).
٣. يُقلل انخفاض وتيرة الاستبدال خسائر التوقف عن العمل بحوالي ١٢ مليون يوان لكل عملية. تُظهر الحسابات الاقتصادية لمحطة طاقة أن الوحدات التي تستخدم أنابيب P92 شهدت زيادة في الإيرادات الشاملة قدرها ٢٣٠ مليون يوان على مدى فترة تشغيلية مدتها ١٠ سنوات.
٧. اتجاهات التطوير المستقبلية لأنابيب الصلب P92 عالية الضغط المستخدمة في الغلايات
مع تقدم البحث والتطوير في تكنولوجيا 700 درجة مئوية فوق الحرجة، تركز اتجاهات تحسين الفولاذ P92 على:
1. إضافة 0.003% B لتحسين قوة حدود الحبوب
2. تطوير تقنية تعزيز تشتت أكسيد اليورانيوم على نطاق النانو
3. استكشاف تطبيق التصنيع الإضافي في تركيبات الأنابيب ذات الأشكال غير المنتظمة
تظهر بيانات البحث الأولية من معهد أبحاث المواد في شنغهاي أن زمن الكسر الإجهادي لـ P92 المعدل عند 650 درجة مئوية يمكن أن يصل إلى 2.3 مرة من زمن الكسر الإجهادي للمواد التقليدية.
حاليًا، تجاوزت الطاقة الإنتاجية السنوية لبلدي من أنابيب الصلب P92 عالية الضغط المستخدمة في غلايات الضغط العالي 80,000 طن، وتُصدّر هذه المنتجات إلى أكثر من 20 دولة في جنوب شرق آسيا والشرق الأوسط ومناطق أخرى. وانطلاقًا من هدف "الكربون المزدوج"، ستواصل هذه المادة عالية الأداء توفير دعم رئيسي لتطوير تكنولوجيا الطاقة النظيفة بالفحم، كما اكتسبت من خلال مسار تطورها التكنولوجي خبرة قيّمة في تطبيق الجيل التالي من سبائك النيكل. ويتوقع خبراء الصناعة أنه بحلول عام 2030، سيحافظ الطلب العالمي على مواد P92 على معدل نمو سنوي متوسط قدره 6.5%، ومن المتوقع أن تستحوذ الصناعة الصينية، بفضل مزايا سلسلة الصناعة الكاملة، على أكثر من 40% من حصة السوق.
وقت النشر: ١١ نوفمبر ٢٠٢٥