กรณีศึกษา: ท่อรูปตัวยูแบบ Super-Duplex Stainless Steel ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 316Ti ถึง 5 เท่าในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งที่รุนแรง

กรณีศึกษา: ท่อรูปตัวยูแบบ Super-Duplex Stainless Steel ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 316Ti ถึง 5 เท่าในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งที่รุนแรง

สรุปย่อ

ครอบคลุมอย่างเต็มรูปแบบ การศึกษาภาคสนามเป็นเวลา 5 ปี เกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในแพลตฟอร์มนอกชายฝั่งทะเลเหนือ (North Sea offshore platforms) ได้แสดงให้เห็นว่า สเตนเลสสตีลแบบซุปเปอร์-ดูเพล็กซ์ (UNS S32750) ท่อรูปตัวยู มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถึง 5 เท่า เมื่อเทียบกับสเตนเลสสตีลแบบธรรมดาอย่างเกรด 316Ti ในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่งที่รุนแรง อีกทั้งข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพนี้ยังสามารถแปลงเป็นประโยชน์เชิงปฏิบัติการที่สำคัญได้ ประหยัดค่าใช้จ่าย ลดเวลาที่ต้องหยุดดำเนินการ และเพิ่มความปลอดภัยในการดำเนินงานในระบบแลกเปลี่ยนความร้อนที่สำคัญ

1 พื้นหลังและบริบทการใช้งาน

1.1 สภาพแวดล้อมในการปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง

การศึกษาได้ดำเนินการสำรวจในพื้นที่ หกแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง ที่ปฏิบัติงานในทะเลเหนือ ซึ่งมีลักษณะดังต่อไปนี้

• สภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูง : มีปริมาณคลอไรด์ 30,000-35,000 ส่วนในล้านส่วน

• ความแตกต่างของอุณหภูมิ : อุณหภูมิในการปฏิบัติงาน 40-120°C

• ความดันสูง : ความดันในการปฏิบัติงาน 50-200 บาร์

• กิจกรรมทางจุลชีววิทยา : มีแบคทีเรียที่ลดซัลเฟต

• การโหลดแบบเป็นรอบ : การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดัน

1.2 ข้อมูลจำเพาะของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

• ประเภท : เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อ

• บริการ : ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำทะเลด้านท่อ ของเหลวกระบวนการด้านเปลือก

• ความดันการออกแบบ : 60 บาร์ ด้านท่อ 40 บาร์ ด้านเปลือก

• อุณหภูมิการออกแบบ : 130°C

• อัตราการไหล : ความเร็วน้ำทะเล 2.5-3.5 เมตร/วินาที

2 การเปรียบเทียบวัสดุ

2.1 ข้อมูลจำเพาะของวัสดุ

ตาราง: การเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมี (ร้อยละโดยน้ำหนัก)

2.2 คุณสมบัติทางกล

ตาราง: การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกล

3 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพและการวิเคราะห์ความล้มเหลว

3.1 ข้อมูลอายุการใช้งาน

ตาราง: ผลการทดสอบภาคสนาม

การวิเคราะห์กลไกความล้มเหลว 3.2 แบบ

ท่อ 316Ti

• การเกิดสนิมแบบจุด : รอยบ่อลึก (>2 มม.) ที่จุดรอยต่อ

• การกัดกร่อนแบบรอยแยก : ใต้ตะกอนและรอยต่อแผ่นท่อ

• การแตกตัวจากความเครียดและการกัดกร่อน : เกิดจากแรงดึงเครียดคงค้างและไอออนคลอรีด

• การกัดกร่อนจากจุลินทรีย์ : ใต้คราบที่เกิดจากแบคทีเรีย

• การกัดกร่อนจากแรงกัดกร่อน : บริเวณทางเข้าและส่วนที่งอ

ท่อ Super-Duplex S32750

• รอยกัดกร่อนแบบเป็นหลุมเล็กน้อย : หลุมผิวเผิน (<0.1 มม. ความลึก) หลังผ่านการใช้งานมากกว่า 8 ปี

• ไม่มีรอย龜裂 : ไม่มีการแตกตัวจากความเครียดในการกัดกร่อน

• การกัดกร่อนแบบช่องว่างเล็กน้อยมาก : มีเพียงการโจมตีที่ผิวเผิน

• อัตราการกัดกร่อนแบบสม่ำเสมอ : <0.01 มม./ปี

การวิเคราะห์สาเหตุหลัก 4 ประการ

4.1 กลไกการต้านทานการกัดกร่อน

ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของเหล็กกล้าไร้สนิมแบบซูเปอร์ดูเพลคือมาจาก:

• ค่า PREN สูงกว่า : 40-45 เทียบกับ 24-28 สำหรับ 316Ti

• โครงสร้างจุลภาคแบบสองเฟส : ออสเทนไนต์-เฟอร์ไรต์ประมาณ 50:50

• การผสมโลหะด้วยไนโตรเจน : เพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและความแข็งแรง

• ปริมาณโครเมียมและโมลิบดีนัม : การก่อตัวของฟิล์มแบบพาสซีฟที่มีประสิทธิภาพสูง

• ความเสถียรของโครงสร้างทางจุลภาค : ความต้านทานต่อการตกผลึกของเฟส

4.2 ข้อดีด้านสมบัติทางกล

• ความแข็งแรงสูงกว่า : ความต้องการความหนาของผนังลดลง

• ความต้านทานต่อการเกิดความเมื่อยล้าดีกว่า : ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

• ความต้านทานต่อการกัดเซาะที่ดีกว่า : รักษารูปแบบฟิล์มป้องกันพื้นผิวไว้ได้

• เพิ่มความต้านทานการแตกร้าวจากความเครียด : สิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานในทะเล

5 การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์

5.1 ต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมด

*ตาราง: การเปรียบเทียบต้นทุน 10 ปี ต่อเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน*

5.2 อัตราผลตอบแทนการลงทุน

• ระยะเวลาคืนทุน : น้อยกว่า 18 เดือน แม้ต้นทุนเริ่มต้นจะสูงกว่า

• ROI : สูงกว่า 400% ภายในอายุการใช้งาน 10 ปี

• การลดเวลาหยุดทำงาน : การหยุดชะงักการผลิตลดลง 80%

• การลดต้นทุนการบำรุงรักษา : ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาลดลง 67%

6 ข้อพิจารณาในการดำเนินการทางเทคนิค

6.1 การผลิตและการติดตั้ง

• ข้อกำหนดในการเชื่อม : การควบคุมการให้ความร้อนและก๊าซป้องกัน

• การขยายท่อ : ควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดความเย็นจากการทำงานหนักเกินไป

• ขั้นตอนการทำความสะอาด : ป้องกันการปนเปื้อนของเหล็ก

• ควบคุมคุณภาพ : ข้อกำหนด NDE ที่เข้มงวด

6.2 แนวทางการปฏิบัติงาน

• ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ : สูงสุด 250°C สำหรับการใช้งานต่อเนื่อง

• คำแนะนำความเร็วการไหล : อย่างน้อย 4-6 เมตร/วินาที เพื่อป้องกันการอุดตัน

• ความถี่ในการทำความสะอาด : ความต้องการลดลงเมื่อเทียบกับ 316Ti

• ช่วงเวลาการตรวจสอบ : ขยายเป็น 36 เดือน เมื่อเทียบกับ 12 เดือน

ตัวอย่างกรณี 7 กรณี

7.1 แพลตฟอร์ม A - บริการน้ำทำความเย็น

• บริการ : ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำทะเล อุณหภูมิ 45°C ความเร็วกระแสน้ำ 3.2 m/s

• ประสิทธิภาพของ 316Ti : เสียหายหลังจากใช้งาน 23 เดือน เนื่องจากสนิมกัดกร่อนแบบจุดและแบบช่องว่าง

• ประสิทธิภาพของ S32750 : ยังคงให้บริการหลังจาก 11 ปี มีการสึกกร่อนของผนังเพียงเล็กน้อย

• ประหยัด : 2.8 ล้านดอลลาร์ในค่าใช้จ่ายที่หลีกเลี่ยงได้จากการหยุดทำงานและค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนอุปกรณ์

7.2 แพลตฟอร์ม B - การทำให้เย็นในกระบวนการผลิต

• บริการ : การทำให้เย็นด้วยไฮโดรคาร์บอนที่อุณหภูมิ 95°C โดยมี H₂S อยู่ด้วย

• ประสิทธิภาพของ 316Ti : เกิดการแตกร้าวจากความเครียดเนื่องจากกัดกร่อนภายใน 14 เดือน

• ประสิทธิภาพของ S32750 : ไม่มีการเสื่อมสภาพหลังจากใช้งานมาแล้ว 9 ปี

• การปรับปรุงความปลอดภัย : ขจัดความเสี่ยงจากการรั่วของกระบวนการผลิต

8 ข้อเสนอแนะและคำแนะนำสำหรับอุตสาหกรรม

8.1 คำแนะนำในการออกแบบ

• การเลือกวัสดุ : กำหนดให้ใช้ S32750 ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอรีด

• ความหนาของผนัง : สามารถลดลงได้ 30-40% เนื่องจากมีความแข็งแรงสูงกว่า

• การเผื่อการกัดกร่อน : ลดจาก 3 มม. เป็น 1 มม. สำหรับ S32750

• การวางแผนตรวจสอบ : ขยายช่วงเวลาตรวจสอบตามความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น

8.2 กลยุทธ์ในการจัดหา

• การคำนวณต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน : ประเมินต้นทุนรวมมากกว่าราคาเริ่มต้น

• การรับรองผู้จัดหา : กำหนดให้มีใบรับรองการผลิตที่เหมาะสม

• การตรวจสอบคุณภาพ : ดำเนินการตรวจสอบสินค้าเข้าอย่างเคร่งครัด

• เอกสาร : กำหนดให้มีระบบตรวจสอบย้อนกลับได้ทั้งหมดและมีใบรับรอง

9 แนวโน้มในอนาคต

9.1 การพัฒนาเทคโนโลยี

• การผลิตที่ก้าวหน้า : กระบวนการผลิตท่อที่ได้รับการปรับปรุง

• การพัฒนาโลหะผสม : การเพิ่มประสิทธิภาพในการต้านทานการกัดกร่อน

• เทคโนโลยีการตรวจสอบ : ระบบตรวจสอบการกัดกร่อนแบบเรียลไทม์

• การบํารุงรักษาแบบคาดการณ์ : แบบจำลองการทำนายความล้มเหลวโดยใช้ปัญญาประดิษฐ์

9.2 แนวโน้มของอุตสาหกรรม

• การนำไปใช้มากขึ้น : การใช้งานที่เพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

• มาตรฐาน : การถูกรวมไว้ในข้อกำหนดการออกแบบมากยิ่งขึ้น

• การลดต้นทุน : ราคาที่สูงขึ้นลดลงเมื่อการนำเทคโนโลยีไปใช้เพิ่มมากขึ้น

• ความพร้อมใช้งานทั่วโลก : ห่วงโซ่อุปทานและการจัดหามีความดีขึ้น

10 สรุป

ข้อมูลประสิทธิภาพจริงในสนามแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า เหล็กกล้าไร้สนิ้มซูเปอร์ดูเพลซ UNS S32750 ให้ มีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก และ ต้นทุนรวมต่ำกว่า เมื่อเทียบกับ 316Ti ในงานแลกเปลี่ยนความร้อนนอกชายฝั่ง อายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น 5 เท่า ช่วยสร้างประโยชน์ทางเศรษฐกิจอย่างมากจากการลดการบำรุงรักษา การเปลี่ยนทดแทนน้อยลง และการลดเวลาการหยุดทำงานของกระบวนการผลิต

สำหรับโครงการใหม่หรือกรณีเปลี่ยนวัสดุในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง โดยเฉพาะในสภาพที่มีคลอไรด์ การเลือกใช้เหล็กกล้าไร้สนิ้มซูเปอร์ดูเพลซ ถือเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดทั้งในด้านเทคนิคและเศรษฐกิจ ต้นทุนวัสดุเริ่มต้นที่สูงกว่าจะถูกชดเชยอย่างรวดเร็วด้วยต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ลดลงอย่างมากและความน่าเชื่อถือในการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้น

คำแนะนำ : กำหนดให้ใช้เหล็กกล้าไร้สนิมแบบซุปเปอร์ดูเพล็กซ์ UNS S32750 สำหรับการใช้งานแลกเปลี่ยนความร้อนทุกประเภทในสภาพแวดล้อมนอกชายฝั่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการระบายความร้อนด้วยน้ำทะเล หรือการใช้งานอื่น ๆ ที่มีสารประกอบคลอรีด