การวิเคราะห์ท่อ Alloy 400 ที่ล้มเหลว: รูปแบบความล้มเหลวทั่วไปในงานแอปพลิเคชันคอนเดนเซอร์ทางทะเล

การวิเคราะห์ท่อ Alloy 400 ที่ล้มเหลว: รูปแบบความล้มเหลวทั่วไปในงานแอปพลิเคชันคอนเดนเซอร์ทางทะเล

ท่อโลหะผสม 400 (Monel 400) ที่รั่วหรือเสียหายในระบบคอนเดนเซอร์ทางทะเล ไม่ใช่เพียงแค่ปัญหาด้านการบำรุงรักษาเท่านั้น แต่เป็นสัญญาณเตือนให้ตรวจสอบอย่างละเอียด ถึงแม้ว่าโลหะผสมนิกเกิล-ทองแดงชนิดนี้มักได้รับเลือกใช้เนื่องจากมีความต้านทานการกัดกร่อนทั่วไปได้ดีในน้ำทะเล และมีคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยม แต่ประสิทธิภาพในการใช้งานในระบบคอนเดนเซอร์ก็มีข้อจำกัดที่ชัดเจน การเข้าใจสาเหตุที่ทำให้เกิดความล้มเหลวจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ในการตัดสินใจว่าจะซ่อมแซม แทนที่ หรือเปลี่ยนข้อกำหนดใหม่

ความล้มเหลวของโลหะผสม 400 ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้แทบไม่เคยเกิดจากภาวะการกัดกร่อนแบบทั่วไป แต่มักเกิดการกัดกร่อนแบบเฉพาะจุด มีความรุนแรง และสามารถติดตามย้อนกลับไปยังเงื่อนไขสิ่งแวดล้อมเฉพาะอย่างหรือข้อบกพร่องด้านการออกแบบ

รูปแบบความล้มเหลวหลัก: กลไกและพยานหลักฐาน

1. การกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและการกัดกร่อนแบบครีบในสภาวะที่น้ำนิ่งหรือใต้สิ่งตกค้าง

• กลไก: โลหะผสม 400 ขึ้นอยู่กับฟิล์มผ่านศึกที่ช่วยป้องกัน เมื่อมีคลอไรด์ ออกซิเจนต่ำ และสภาวะกรดรวมตัวกันภายใต้สิ่งสะสม (ตะกอน ของสิ่งมีชีวิตเกาะติด ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน) หรือภายในรอยแยก (ใต้จอยน์ท์ บริเวณแผ่นท่อ) ฟิล์มนี้จะเสื่อมสภาพลงในระดับท้องถิ่น ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมที่รุนแรงมาก

• สัญญาณบ่งชี้ หลุมลึกที่เกิดเป็นจุดๆ มักพบที่ครึ่งส่วนล่างของท่อ หรือบริเวณจุดยึดที่มีตะกอนสะสม ขณะที่การกัดกร่อนแบบรอยแยกจะเกิดเฉพาะที่พื้นผิวสัมผัสของจอยน์ท์ หรือบริเวณข้อต่อท่อและแผ่นท่อ โดยโลหะรอบข้างอาจดูเหมือนไม่ได้รับผลกระทบ

• สาเหตุหลัก: การล้างระบบไม่บ่อยเพียงพอ การกรองไม่เพียงพอ ความเร็วของการไหลต่ำจนทำให้สิ่งสกปรกตกตะกอน หรือการควบคุมสิ่งมีชีวิตเกาะติดไม่มีประสิทธิภาพ

2. การแตกร้าวจากความเครียดภายใต้การกัดกร่อน (SCC) ในน้ำที่มีมลพิษหรือมีอากาศเจือปน

• กลไก: โลหะผสม 400 มีความไวต่อการเกิด SCC เมื่อมี ทั้งคู่ ความเครียดดึง (ที่เหลือจากการดัด/เชื่อม หรือจากปฏิบัติการ) และสารกัดกร่อนเฉพาะเจาะจง สารสำคัญในสภาพแวดล้อมทางทะเล ได้แก่:

  • ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S): พบได้บ่อยในท่าเรือที่มีมลพิษหรือตะกอนที่มีสภาพทางชีวภาพสูงและขาดออกซิเจน

  • แอมโมเนียอิสระ (NH₃): อาจมีอยู่ในกระแสของน้ำควบแน่นจากกระบวนการบางอย่าง หรือเกิดจากกิจกรรมทางชีวภาพ

  • เกลือปรอท ตัวการทำให้เกิดการกัดกร่อนที่พบได้น้อยแต่มีฤทธิ์รุนแรง

• สัญญาณบ่งชี้ รอยแตกที่ละเอียดและเป็นกิ่งก้าน ซึ่งมักเกิดระหว่างเม็ดผลึก โดยทั่วไปรอยแตกจะเริ่มขึ้นบริเวณที่มีความเครียดสูงสุด หรือบริเวณที่มีหลุมกัดกร่อนอยู่ก่อนแล้ว การแตกหักมักปรากฏเป็นแบบเปราะ โดยมีการเปลี่ยนรูปร่างแบบเหนียวเพียงเล็กน้อย

• สาเหตุหลัก: การเลือกวัสดุผิดพลาดสำหรับน้ำที่ทราบว่ามีสารมลพิษเหล่านี้ปนอยู่ ร่วมกับความเครียดตกค้างจากกระบวนการผลิตที่ไม่ได้รับการปลดปล่อยออก

3. การกัดกร่อนจากการกัดเซาะที่ตำแหน่งที่มีความเร็วสูงหรือการไหลแบบกระเพื่อม

• กลไก: ฟิล์มป้องกันถูกกำจัดออกไปโดยกลไกจากน้ำที่มีความเร็วสูง การไหลแบบกระเพื่อม หรือมีส่วนผสมของของเหลวที่มีของแข็งปน ซึ่งจะเด่นชัดเป็นพิเศษที่

  • ข้อต่อท่อโค้งและข้อศอก

  • ปลายทางเข้าของท่อคอนเดนเซอร์ (การกัดกร่อนแบบกระทบ)

  • ด้านท้ายของการไหลของวาล์วควบคุมหรือวาล์วที่ปิดบางส่วน

• สัญญาณบ่งชี้ ลักษณะพื้นผิวเป็นมันวาว มีรอยเป็นร่อง หรือรูปเว้าโค้งคล้ายคลื่น มักมีแนวโน้มตามทิศทางการไหล ผนังจะบางเรียบ ต่างจากพื้นผิวขรุขระที่เกิดจากการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม

• สาเหตุหลัก: การออกแบบระบบเกินความเร็วการไหลที่แนะนำสำหรับโลหะผสม 400 (~5-6 ฟุต/วินาที สำหรับน้ำทะเลสะอาดถือเป็นเกณฑ์ทั่วไป) หรือการมีของแข็งปลิวว่ายในระบบโดยไม่คาดคิด (เช่น ทราย หรือฟองอากาศจากการเกิดโพรง)

4. การกัดกร่อนแบบกัลวานิก

• กลไก: โลหะผสม 400 มีสภาพเป็นขั้วลบ (มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า) เมื่อเทียบกับวัสดวิศวกรรมทั่วไปหลายชนิด เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน หรืออลูมิเนียม หากเชื่อมต่อโดยตรงกับวัสดุเหล่านี้ในน้ำทะเลที่นำไฟฟ้าได้ จะทำให้การกัดกร่อนของวัสดุนั้นเร่งตัวขึ้น ในทางกลับกัน หากเชื่อมต่อกับวัสดุที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่า เช่น ไทเทเนียม หรือกราไฟต์ โลหะผสม 400 อาจกลายเป็นขั้วบวกและเกิดการกัดกร่อนได้

• สัญญาณบ่งชี้ การกัดกร่อนอย่างรุนแรงที่โลหะซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าบริเวณรอยต่อ (เช่น จุดยึดท่อเหล็กกล้าคาร์บอนเกิดสลายตัวที่ตำแหน่งที่สัมผัสกับท่อ Alloy 400) หาก Alloy 400 เป็นขั้วแอโนด การบางตัวอย่างเร่งจะเกิดขึ้นใกล้บริเวณการเชื่อมต่อ

• สาเหตุหลัก: ไม่มีการแยกฉนวนไฟฟ้าที่เหมาะสม (หน้าแปลนฉนวน ปะเก็น ปลอก) ในระบบที่ใช้วัสดุผสมกัน

การวิเคราะห์เชิงพิสูจน์และเส้นทางการตัดสินใจ

เมื่อพบความล้มเหลว การดำเนินการอย่างเป็นระบบถือเป็นสิ่งสำคัญ

1. การตรวจสอบด้วยตาเปล่าและการตรวจสอบระดับมาโคร บันทึกตำแหน่ง รูปแบบ (ทั่วไปหรือเฉพาะที่) และความสัมพันธ์กับรอยเชื่อม ช่องว่าง หรือรูปแบบการไหล

2. การทบทวนสภาพแวดล้อม วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของน้ำ — ไม่ใช่เพียงข้อมูลจำเพาะของน้ำทะเลสะอาดเท่านั้น แต่รวมถึงสภาพจริง ทำการทดสอบสารปนเปื้อน (H₂S, NH₃), ปริมาณออกซิเจน, pH และปริมาณตะกอน ทบทวนข้อมูลความเร็วการไหลและรอบการทำงาน (การหยุดทำงานบ่อยครั้งเร่งการโจมตีใต้ตะกอน)

3. การตรวจสอบวัสดุ: ยืนยันว่าโลหะผสมนั้นเป็นโลหะผสม 400 จริง (โดยใช้ PMI - การระบุวัสดุอย่างชัดเจน) และตรวจสอบการอบความร้อนให้ถูกต้อง ทบทวนบันทึกการผลิตเพื่อดูแนวทางการลดแรงดันภายใน

4. การวิเคราะห์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์: ใช้เทคนิคทางโลหะวิทยาเพื่อยืนยันรูปแบบการเกิดข้อผิดพลาด (รอยกัดกร่อนแบบเป็นหลุม แนวการแตกร้าวจากภาวะเคมีและแรงดึง หรือรูปแบบการกัดเซาะ) ในระดับกล้องจุลทรรศน์

การบรรเทาและออกแบบใหม่: ก้าวข้ามปัญหาที่เกิดขึ้น

การวิเคราะห์จะเป็นตัวกำหนดการดำเนินการแก้ไข:

• สำหรับการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม/แบบซอก: ปรับปรุงระบบกรอง กำหนดมาตรการทำความสะอาดเป็นประจำ ให้มั่นใจถึงการไหลเวียนที่สม่ำเสมอ และพิจารณาเปลี่ยนไปใช้โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนในซอกได้ดีกว่า เช่น โลหะผสม 625 สำหรับพื้นที่สำคัญ

• สำหรับ SCC: กำจัดสารกัดกร่อนออกให้ได้มากที่สุด หรือ กำหนดให้ทำกระบวนการอบผ่อนแรงอย่างสมบูรณ์ สำหรับชิ้นส่วนทั้งหมดที่ผลิตจากโลหะผสม 400 โดยเฉพาะในข้อกำหนดใหม่สำหรับพื้นที่น้ำที่มีมลพิษ ควรเปลี่ยนไปใช้โลหะผสมที่ต้านทานการกัดกร่อนแบบ SCC เช่น Alloy 825 หรือ 625 .

• สำหรับปัญหาการกัดกร่อนจากการกัดเซาะ: ออกแบบใหม่เพื่อลดความเร็วของกระแสไหล กำจัดรูปร่างที่ทำให้เกิดการไหลแบบไม่เป็นระเบียบ หรือระบุวัสดุที่แข็งกว่าและทนต่อการกัดเซาะได้ดีขึ้น โลหะผสม K-500 (รุ่นที่ผ่านกระบวนการแข็งตัวด้วยการตกตะกอนของ 400) มักถูกนำมาใช้ในกรณีนี้

• สำหรับปัญหากัดกร่อนแบบเกลวโนไคล: ติดตั้งฉนวนกันไฟฟ้าที่เหมาะสม หรือเปลี่ยนไปใช้วัสดุที่มีความเข้ากันได้ทางเกลวโนไคลที่ดีกว่า

สรุป: ความล้มเหลวเกิดจากแอปพลิเคชัน ไม่ใช่วัสดุเสมอไป

โลหะผสม 400 ไม่ใช่ทางเลือกที่ไม่ดีในทุกกรณี มันเป็น ขึ้นอยู่กับบริบท หนึ่ง. การล้มเหลวของมันในเครื่องควบแน่นแบบทางทะเลมักบ่งชี้ว่าสภาวะการใช้งานได้หลุดพ้นจากช่วงที่กำหนดไว้ ไปสู่สภาพแวดล้อมที่มีมลพิษ น้ำนิ่ง ความเร็วสูง หรือการป้องกันแยกฉนวนไม่เพียงพอ

ข้อสรุปสำหรับวิศวกรและผู้ปฏิบัติงานนั้นชัดเจน: โลหะผสม 400 จำเป็นต้องมีการจัดการสภาพแวดล้อมเชิงรุก และปฏิบัติตามแนวทางการผลิตอย่างระมัดระวัง เมื่อไม่สามารถรับประกันสิ่งเหล่านี้ได้ หรือเมื่อมีการแก้ไขปัญหาการล้มเหลวที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ทางออกที่คุ้มค่าที่สุดในระยะยาวมักจะเป็นการระบุวัสดุใหม่โดยเลือกใช้โลหะผสมที่ทนทานกว่าและออกแบบมาเฉพาะสำหรับงานทางทะเลยุคใหม่ การลงทุนในวัสดุเกรดสูงตั้งแต่แรกมักคุ้มทุนได้ด้วยการลดเวลาหยุดทำงาน ลดค่าบำรุงรักษา และรับประกันความสมบูรณ์ของระบบ