ในฐานะวัสดุหลักที่รับแรงดันในหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้า ประสิทธิภาพของท่อเหล็กสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92ส่งผลโดยตรงต่อการทำงานที่ปลอดภัยและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหน่วยผลิตไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ เหล็กกล้าทนความร้อนชนิดมาร์เทนซิติกแบบใหม่นี้ได้ประสบความสำเร็จอย่างมากในด้านความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานการคืบ และความสามารถในการเชื่อม ผ่านการปรับปรุงองค์ประกอบและการพัฒนากระบวนการผลิต และปัจจุบันได้กลายเป็นวัสดุทางเลือกที่สำคัญสำหรับหน่วยผลิตไฟฟ้าที่มีพารามิเตอร์ไอน้ำสูงกว่า 600℃ ทั่วโลก
ประการแรก คุณลักษณะทางวัสดุและนวัตกรรมทางเทคโนโลยีของท่อเหล็กสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
เหล็กกล้า P92 เป็นเหล็กกล้าเกรดปรับปรุงจาก P91 โดยเพิ่มทังสเตน 1.7% และลดปริมาณโมลิบเดนัมลง ระบบองค์ประกอบทางเคมี (Cr: 8.5-9.5%, W: 1.5-2.0%, Mo: 0.3-0.6%) ทำให้ความแข็งแรงต่อการคืบเพิ่มขึ้นกว่า 30% เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเกรดดั้งเดิม ผ่านผลเสริมฤทธิ์กันของการเสริมความแข็งแรงด้วยสารละลายของแข็งและการเสริมความแข็งแรงด้วยการตกตะกอน ในแง่ของโครงสร้างจุลภาค วัสดุนี้ผ่านกระบวนการรีดและการระบายความร้อนที่ควบคุมได้ ทำให้เกิดเมทริกซ์มาร์เทนไซต์แบบแผ่นบาง เมื่อรวมกับการกระจายตัวของคาร์บอนไนไตรด์ชนิด MX และเฟสลาเวส ทำให้รักษาความแข็งแรงต่อการคืบได้ ≥100 MPa เป็นเวลา 100,000 ชั่วโมง แม้ที่อุณหภูมิ 650℃ สิ่งที่น่าสังเกตเป็นพิเศษคือ ความสอดคล้องกันอย่างยอดเยี่ยมระหว่างค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (12.5 × 10⁻⁶/℃) และค่าการนำความร้อน (26 W/m·K) ซึ่งช่วยลดปัญหาความเครียดจากความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการเริ่มต้นและหยุดการทำงานของเครื่อง
ประการที่สอง ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในกระบวนการผลิตท่อเหล็กสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
1. ใช้เทคโนโลยีการถลุงแบบสามขั้นตอน EF+LF+VD เพื่อควบคุมปริมาณก๊าซให้ [H]≤1.5ppm และ [O]≤20ppm
2. การขึ้นรูปชิ้นงานที่มีความแม่นยำสูง โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนของความหนาผนังอยู่ที่ ±5% โดยใช้เครื่องขึ้นรูปตีขึ้นรูปแนวรัศมีร่วมกับเครื่องรีดต่อเนื่องแบบสามลูกกลิ้ง
3. ใช้กระบวนการอบชุบความร้อนสองขั้นตอน ได้แก่ การทำให้เป็นปกติ (1080℃±10℃) และการอบคืนตัว (760℃±15℃)
4. การตรวจจับข้อบกพร่องด้วยคลื่นอัลตราโซนิคอัตโนมัติและการทดสอบด้วยกระแสไหลวน เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอัตราการตรวจจับข้อบกพร่อง ≥99.5%
จากข้อมูลของศูนย์ทดสอบเจียงซี อายุการใช้งานของท่อ P92 ที่ผลิตในประเทศภายใต้สภาวะ 620℃/29.4MPa อยู่ที่ 187,000 ชั่วโมง ซึ่งเกินกว่าข้อกำหนดมาตรฐาน ASME ถึง 40% การติดตามการใช้งานเป็นเวลาหกปีในโรงไฟฟ้าสาธิตแสดงให้เห็นว่าอัตราการคืบตัวเฉลี่ยต่อปีอยู่ที่เพียง 0.12%/kh ซึ่งต่ำกว่าค่าที่อนุญาตตามการออกแบบมาก
ประการที่สาม ตัวอย่างการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไปของท่อเหล็กหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
ในการก่อสร้างโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำอัลตร้าซูเปอร์คริติคอลขนาด 1000 เมกะวัตต์ในมณฑลกวางตุ้ง ท่อเหล็ก P92 แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่สำคัญเมื่อใช้ในท่อส่งไอน้ำหลัก (พารามิเตอร์การออกแบบ 31 MPa/605℃):
- ลดความหนาของผนังเหลือ 52 มม. (ลดน้ำหนักลง 18% เมื่อเทียบกับรุ่น P91)
- ช่วงอุณหภูมิการอบชุบหลังการเชื่อมขยายเป็น 740-780℃
- การติดตั้งในสถานที่จริง อัตราความสำเร็จของการเชื่อมครั้งแรกเพิ่มขึ้นเป็น 98.6%
ข้อมูลการตรวจสอบการทำงานแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพเชิงความร้อนของหน่วยดังกล่าวอยู่ที่ 45.8% เพิ่มขึ้น 7.3 จุดเปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับหน่วยที่ทำงานในสภาวะต่ำกว่าจุดวิกฤต และลดการปล่อยก๊าซ CO₂ ได้ประมาณ 120,000 ตันต่อปี
ประการที่สี่ ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีการเชื่อมสำหรับท่อเหล็กหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
เพื่อแก้ไขปัญหาการเชื่อมเหล็กกล้า P92 ที่ยากลำบาก จึงได้มีการนำวัสดุเชื่อมพิเศษที่พัฒนาขึ้นในประเทศ (เช่น ลวดเชื่อม CHH727) มาใช้ร่วมกับกระบวนการเชื่อมแบบหลายชั้นหลายรอบ ทำให้ความแข็งแรงของรอยเชื่อมเพิ่มขึ้นเป็น 72J (-20℃) โครงการสำคัญโครงการหนึ่งได้นำวิธีการต่อไปนี้มาใช้:
1. อุณหภูมิในการอุ่นเครื่อง 150-200℃
2. การควบคุมอุณหภูมิระหว่างช่อง ≤300℃
3. การบำบัดกำจัดไฮโดรเจนหลังการเชื่อมที่อุณหภูมิ 250℃ เป็นเวลา 2 ชั่วโมง
4. การอบชุบความร้อนหลังการเชื่อมที่อุณหภูมิ 760℃ เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของรอยเชื่อมอยู่ที่ 0.92 และความแข็งของบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนถูกควบคุมให้ต่ำกว่า 250 HV10 นอกจากนี้ เทคโนโลยีการเชื่อมแบบไฮบริดเลเซอร์-อาร์คที่พัฒนาโดยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีหนานจิงยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อมได้ถึง 40% และลดการเสียรูปได้ถึง 60%
ประการที่ห้า การสร้างระบบควบคุมคุณภาพสำหรับท่อเหล็กหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
อุตสาหกรรมได้สร้างเครือข่ายการตรวจสอบคุณภาพแบบครบวงจร ตั้งแต่วัตถุดิบจนถึงการบริการ:
- วัตถุดิบ: การควบคุมปริมาณไมโครอัลลอยของ Nb/Ti อย่างแม่นยำ (±0.01%)
- กระบวนการผลิต: ใช้กล้องถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิในการอบชุบความร้อนแบบเรียลไทม์
- การตรวจสอบ: นำการทดสอบอัลตราโซนิกแบบเฟสอาร์เรย์มาใช้เพื่อระบุข้อบกพร่องที่มีขนาดเทียบเท่า 0.5 มม.
- แพลตฟอร์มข้อมูลขนาดใหญ่: บูรณาการชุดข้อมูลการดำเนินงาน 32,000 ชุดจากโรงไฟฟ้า 56 แห่งทั่วประเทศ
ประการที่หก การวิเคราะห์ต้นทุนและผลประโยชน์ของท่อเหล็กหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของวัสดุ P92 จะสูงกว่าเหล็กเกรดทั่วไป 20-30% แต่ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนตลอดอายุการใช้งานนั้นมีนัยสำคัญ:
1. แรงดันออกแบบที่เพิ่มขึ้นช่วยให้สามารถลดความหนาของผนังลงได้ ซึ่งช่วยลดปริมาณการใช้วัสดุลง 15-20%
2. ขยายรอบการบำรุงรักษาเป็น 8 ปี (เทียบกับ 5 ปีสำหรับวัสดุแบบดั้งเดิม)
3. การลดความถี่ในการเปลี่ยนชิ้นส่วนช่วยลดการสูญเสียจากเวลาหยุดทำงานลงประมาณ 12 ล้านหยวนต่อครั้ง การคำนวณทางเศรษฐกิจจากโรงไฟฟ้าแห่งหนึ่งแสดงให้เห็นว่าหน่วยผลิตที่ใช้ท่อ P92 มีรายได้รวมเพิ่มขึ้น 230 ล้านหยวนในช่วงระยะเวลาการดำเนินงาน 10 ปี
VII. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของท่อเหล็กสำหรับหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92
ด้วยความก้าวหน้าของการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีอัลตร้าซูเปอร์คริติคอลที่อุณหภูมิ 700℃ ทิศทางการปรับปรุงเหล็กกล้า P92 จึงมุ่งเน้นไปที่:
1. การเติม B 0.003% เพื่อเพิ่มความแข็งแรงของขอบเกรน
2. การพัฒนาเทคโนโลยีเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัวของ Y₂O₃ ระดับนาโน
3. การสำรวจการประยุกต์ใช้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) ในการผลิตข้อต่อท่อรูปทรงไม่สม่ำเสมอ
ข้อมูลการวิจัยเบื้องต้นจากสถาบันวิจัยวัสดุแห่งเซี่ยงไฮ้แสดงให้เห็นว่า เวลาการแตกหักจากความเค้นของ P92 ที่ได้รับการปรับปรุงที่อุณหภูมิ 650℃ สามารถยาวนานกว่าวัสดุแบบดั้งเดิมถึง 2.3 เท่า
ปัจจุบัน กำลังการผลิตท่อเหล็กหม้อไอน้ำแรงดันสูง P92 ของประเทศจีนมีมากกว่า 80,000 ตันต่อปี และส่งออกไปยังกว่า 20 ประเทศในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ตะวันออกกลาง และภูมิภาคอื่นๆ ด้วยเป้าหมาย “คาร์บอนคู่” วัสดุประสิทธิภาพสูงนี้จะยังคงเป็นกำลังสำคัญในการยกระดับเทคโนโลยีพลังงานถ่านหินสะอาด และเส้นทางการพัฒนาเทคโนโลยีของมันก็ได้สั่งสมประสบการณ์อันมีค่าสำหรับการประยุกต์ใช้โลหะผสมนิกเกลรุ่นต่อไป ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมคาดการณ์ว่าภายในปี 2030 ความต้องการวัสดุ P92 ในตลาดโลกจะเติบโตเฉลี่ยปีละ 6.5% และภาคการผลิตของจีน ด้วยข้อได้เปรียบด้านห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่ครบวงจร คาดว่าจะครองส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า 40%
วันที่เผยแพร่: 11 พฤศจิกายน 2025