باعتبارها مادة أساسية تتحمل الضغط في غلايات محطات الطاقة، فإن أداءأنابيب فولاذية عالية الضغط من نوع P92 مخصصة لغلايات الضغط العالييؤثر هذا النوع الجديد من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للحرارة بشكل مباشر على التشغيل الآمن وكفاءة الطاقة للوحدات فائقة الحرارة. وقد حقق هذا النوع الجديد من الفولاذ المارتنسيتي المقاوم للحرارة إنجازاتٍ بارزة في قوة التحمل عند درجات الحرارة العالية، ومقاومة الزحف، وقابلية اللحام، وذلك من خلال تحسين التركيب الكيميائي وتطوير العمليات، وأصبح الآن خيارًا رئيسيًا للمواد المستخدمة في الوحدات التي تتجاوز درجة حرارة البخار فيها 600 درجة مئوية في جميع أنحاء العالم.
أولاً، الخصائص المادية والابتكارات التكنولوجية لأنابيب الصلب المستخدمة في غلايات الضغط العالي P92.
يُعدّ فولاذ P92 نوعًا مُحسّنًا من الفولاذ، مُشتقًا من P91، مع إضافة 1.7% من التنجستن وتقليل محتوى الموليبدينوم. يُحقق نظام تركيبه الكيميائي (الكروم: 8.5-9.5%، التنجستن: 1.5-2.0%، الموليبدينوم: 0.3-0.6%) زيادةً في مقاومة الزحف تتجاوز 30% مقارنةً بأنواع الفولاذ التقليدية، وذلك بفضل التأثير التآزري لتقوية المحلول الصلب وتقوية الترسيب. من حيث البنية المجهرية، يُشكّل هذا الفولاذ، من خلال عمليات الدرفلة والتبريد المُتحكّم بها، مصفوفةً مارتنسيتيةً صفائحية. وبفضل التوزيع المُشتّت لكربونات النيتروجين من نوع MX وأطوار لافيس، يحافظ 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 يقلل بشكل فعال من مشاكل الإجهاد الحراري أثناء بدء تشغيل الوحدة وإيقافها.
ثانياً، تحقيق اختراقات رئيسية في عملية إنتاج أنابيب الصلب المستخدمة في غلايات الضغط العالي P92.
1. استخدام تقنية الصهر الثلاثي EF+LF+VD للتحكم في محتوى الغاز إلى [H]≤1.5 جزء في المليون و[O]≤20 جزء في المليون.
2. تحقيق تشكيل دقيق مع تفاوت في سمك الجدار بنسبة ±5% باستخدام مطحنة تشكيل شعاعية بالاقتران مع مطحنة درفلة مستمرة ثلاثية البكرات.
3. استخدام عملية معالجة حرارية مزدوجة للتطبيع (1080 درجة مئوية ± 10 درجة مئوية) + التلدين (760 درجة مئوية ± 15 درجة مئوية).
4. الكشف التلقائي عن العيوب بالموجات فوق الصوتية واختبار التيار الدوامي لضمان معدل اكتشاف العيوب ≥99.5٪.
بحسب بيانات مركز جيانغشي للاختبار، يصل عمر الكسر لأنابيب P92 المنتجة محلياً في ظروف 620 درجة مئوية/29.4 ميجا باسكال إلى 187,000 ساعة، متجاوزاً بذلك متطلبات معيار ASME بنسبة 40%. وأظهرت ست سنوات من تتبع التشغيل في محطة طاقة تجريبية أن معدل الزحف السنوي لم يتجاوز 0.12% لكل ألف ساعة، وهو أقل بكثير من القيمة المسموح بها في التصميم.
ثالثًا، حالة تطبيق هندسي نموذجية لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
في بناء وحدة فوق الحرجة فائقة بقدرة 1000 ميجاوات في مقاطعة قوانغدونغ، أظهرت أنابيب الصلب P92 مزايا كبيرة عند استخدامها في خط أنابيب البخار الرئيسي (معايير التصميم 31 ميجا باسكال / 605 درجة مئوية):
- تم تقليل سمك الجدار إلى 52 مم (انخفاض الوزن بنسبة 18٪ مقارنة بحل P91)
- تم توسيع نطاق المعالجة الحرارية بعد اللحام إلى 740-780 درجة مئوية
- في عملية التركيب في الموقع، ارتفعت نسبة نجاح اللحام من المرة الأولى إلى 98.6%
تُظهر بيانات المراقبة التشغيلية أن الكفاءة الحرارية للوحدة وصلت إلى 45.8%، بزيادة قدرها 7.3 نقطة مئوية مقارنة بالوحدات دون الحرجة، مما يقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 120,000 طن سنويًا.
رابعاً، تحقيق طفرة في تكنولوجيا اللحام لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
لمعالجة صعوبات لحام فولاذ P92، تم استخدام مواد لحام خاصة مطورة محليًا (مثل أقطاب اللحام CHH727) مع عملية لحام متعددة الطبقات ومتعددة المراحل، مما زاد من متانة الوصلة إلى 72 جول (-20 درجة مئوية). وقد اعتمد مشروع رئيسي الطرق التالية:
1. درجة حرارة التسخين المسبق 150-200 درجة مئوية
2. التحكم في درجة الحرارة بين المراحل ≤300 درجة مئوية
3. معالجة إزالة الهيدروجين بعد اللحام عند درجة حرارة 250 درجة مئوية لمدة ساعتين
٤. المعالجة الحرارية اللاحقة للحام عند درجة حرارة ٧٦٠ درجة مئوية لمدة ٤ ساعات. نتج عن ذلك معامل قوة وصلة اللحام ٠.٩٢، وصلابة المنطقة المتأثرة بالحرارة أقل من ٢٥٠ HV١٠. علاوة على ذلك، ساهمت تقنية اللحام الهجين بالليزر والقوس الكهربائي، التي طورتها جامعة نانجينغ للتكنولوجيا، في تحسين كفاءة اللحام بنسبة ٤٠٪ وتقليل التشوه بنسبة ٦٠٪.
خامساً، إنشاء نظام مراقبة الجودة لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
أنشأت الصناعة شبكة مراقبة جودة شاملة تغطي دورة كاملة من المواد الخام إلى الخدمة:
- المواد الخام: تطبيق تحكم دقيق في نسبة التسبك الدقيق للنيوبيوم/التيتانيوم (±0.01%)
- التصنيع: استخدام كاميرات التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء لمراقبة مجال درجة حرارة المعالجة الحرارية في الوقت الفعلي
- الفحص: تقديم اختبار الموجات فوق الصوتية بتقنية المصفوفة المرحلية لتحديد العيوب المكافئة لـ 0.5 مم
- منصة البيانات الضخمة: دمج 32000 مجموعة من بيانات التشغيل من 56 محطة توليد طاقة على مستوى البلاد.
سادساً، تحليل التكلفة والفوائد لأنابيب الصلب المستخدمة في الغلايات ذات الضغط العالي P92.
على الرغم من أن التكلفة الأولية لمادة P92 أعلى بنسبة 20-30% من درجات الفولاذ التقليدية، إلا أن ميزتها في تكلفة دورة الحياة كبيرة:
1. زيادة ضغط التصميم تسمح بتقليل سمك الجدار، مما يقلل من استخدام المواد بنسبة 15-20%.
2. تم تمديد دورة الصيانة إلى 8 سنوات (مقارنة بـ 5 سنوات للمواد التقليدية).
3. يساهم تقليل وتيرة الاستبدال في خفض خسائر التوقف عن العمل بحوالي 12 مليون يوان لكل حالة. وتشير الحسابات الاقتصادية لمحطة توليد طاقة إلى أن الوحدات التي تستخدم أنابيب P92 شهدت زيادة في الإيرادات الإجمالية قدرها 230 مليون يوان على مدى عشر سنوات من التشغيل.
سابعاً: اتجاهات التطوير المستقبلية لأنابيب الصلب المستخدمة في غلايات الضغط العالي P92
مع تقدم البحث والتطوير في مجال تكنولوجيا المعالجة فوق الحرجة عند درجة حرارة 700 درجة مئوية، تركز اتجاهات تحسين فولاذ P92 على ما يلي:
1. إضافة 0.003% من المادة B لتحسين قوة حدود الحبيبات
2. تطوير تقنية تقوية تشتت أكسيد الإيتريوم النانوية
3. استكشاف تطبيق التصنيع الإضافي في وصلات الأنابيب ذات الأشكال غير المنتظمة
تُظهر بيانات البحث الأولية من معهد شنغهاي لأبحاث المواد أن وقت كسر الإجهاد لمادة P92 المعدلة عند 650 درجة مئوية يمكن أن يصل إلى 2.3 ضعف وقت المواد التقليدية.
تتجاوز الطاقة الإنتاجية السنوية لبلادي من أنابيب الصلب P92 المستخدمة في غلايات الضغط العالي حاليًا 80 ألف طن، ويتم تصدير هذه المنتجات إلى أكثر من 20 دولة في جنوب شرق آسيا والشرق الأوسط ومناطق أخرى. وبفضل هدف "الخفض المزدوج للكربون"، ستواصل هذه المادة عالية الأداء تقديم دعم أساسي لتطوير تكنولوجيا الطاقة النظيفة المولدة من الفحم، كما اكتسب مسار تطورها التكنولوجي خبرة قيّمة لتطبيقات الجيل القادم من سبائك النيكل. ويتوقع خبراء الصناعة أن يحافظ الطلب العالمي على مواد P92 بحلول عام 2030 على معدل نمو سنوي متوسط قدره 6.5%، وأن تستحوذ الصناعة الصينية، بفضل مزايا سلسلة التوريد المتكاملة لديها، على أكثر من 40% من حصة السوق.
تاريخ النشر: 11 نوفمبر 2025