Hastelloy C-276 กับ C-22: การเปรียบเทียบเพื่อเลือกใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อต่อและข้อศอกท่อในระบบ FGD

Hastelloy C-276 กับ C-22: การเปรียบเทียบเพื่อเลือกใช้งานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อต่อและข้อศอกท่อในระบบ FGD

สรุปย่อ

Hastelloy C-276 และ C-22 เป็นโลหะผสมชั้นนำสองชนิดที่ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนรุนแรงที่พบใน ระบบกำจัดกำมะถันจากก๊าซปล่อง (FGD) แม้ว่าโลหะผสมทั้งสองชนิดจะมีสมรรถนะที่ยอดเยี่ยม แต่ยังมีความแตกต่างกันเล็กน้อยในด้าน สารประกอบทางเคมี , ความต้านทานการกัดกร่อน , และ คุณสมบัติการผลิต ทำให้แต่ละชนิดมีคุณสมบัติเหมาะสมกับการใช้งานในระบบ FGD ที่แตกต่างกันไป การวิเคราะห์ทางเทคนิคนี้มีข้อมูลเชิงลึกในการเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อต่อและข้อศอกท่อ FGD โดยพิจารณาจากสภาพการใช้งานจริง ปัจจัยทางเศรษฐศาสตร์ และความต้องการในด้านความน่าเชื่อถือในระยะยาว

1 องค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางจุลภาค

1.1 การเปรียบเทียบองค์ประกอบของโลหะผสม

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างโลหะผสมเหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากการกำหนดสูตรทางเคมีที่แม่นยำของแต่ละชนิด

ตาราง: การเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมี (ร้อยละโดยน้ำหนัก)

1.2 คุณสมบัติทางโลหะวิทยา

• C-276 : ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกเพื่อแก้ไขปัญหาการเสื่อมสภาพจากการเชื่อม (Weld Decay) ในรุ่น Hastelloy C รุ่นก่อนหน้า โดยควบคุมระดับคาร์บอนและซิลิกอนให้อยู่ในระดับต่ำ

• C-22 : แสดงถึงการปรับปรุงขั้นต่อไปด้วยสมดุลโครเมียม-มอลิบดีนัมที่เหมาะสม เพื่อเพิ่มช่วงการใช้งาน

• โลหะผสมทั้งสองชนิด มีโครงสร้างออสเทนิติกแบบลูกบาศก์หน้ากลาง (FCC) ที่คงตัวและมีความต้านทานต่อการเกิดการไวต่อการกัดกร่อน (sensitization)

2 สมรรถนะการต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อม FGD

2.1 การต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting) และแบบเป็นรอยแยก (Crevice Corrosion)

ระบบที่ใช้ใน FGD สร้างสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ซึ่งต้องการสมรรถนะการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่ที่ยอดเยี่ยม:

• ค่าเทียบเท่าการต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (Pitting Resistance Equivalent Number (PREN)) :

  • C-276: PREN ≈ 68-74

  • C-22: PREN ≈ 65-70

• อุณหภูมิการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมวิกฤติ (Critical Pitting Temperature (CPT)) :

  • C-276: 85-95°C ในสารละลายคลอไรด์ที่มีความเป็นกรด

  • C-22: 75-85°C ในสภาวะที่คล้ายกัน

*ปริมาณมอลิบดีนัมที่สูงขึ้นใน C-276 ช่วยให้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากคลอรีนได้ดีกว่าเล็กน้อย โดยเฉพาะในสภาพที่ของเหลือนิ่งอยู่ในข้อต่อโค้งและชิ้นส่วนต่างๆ*

2.2 คุณสมบัติในสภาพแวดล้อม FGD โดยเฉพาะ

สารกรดที่ควบแน่น

ระบบที่ FGD มักสร้างสารกรดที่ควบแน่นซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีแตกต่างกัน:

• ฝอยละอองกรดซัลฟูริก : C-22 มีข้อได้เปรียบเนื่องจากมีปริมาณโครเมียมสูงกว่า

• กรดไฮโดรคลอริก : C-276 ให้ประสิทธิภาพที่ดีกว่าในความเข้มข้นที่สูงกว่า 10%

• กรดผสม : C-22 โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพที่ดีกว่าในสารผสมกรดไนตริก/กรดไฮโดรคลอริก

สภาวะที่มีการออกซิไดซ์

• สภาพแวดล้อมที่มีคลอรีน : โครเมียมใน C-22 ช่วยเพิ่มความต้านทานได้ดีเยี่ยม

• ก๊าซคลอรีนแบบเปียก : โลหะผสมทั้งสองมีประสิทธิภาพยอดเยี่ยม โดย C-22 มีความเหนือกว่าเล็กน้อย

• สารละลายคลอไรต์/คลอเรต : C-22 แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ดีกว่า

3 คุณสมบัติทางกลและการพิจารณาในการผลิต

3.1 การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกล

ตาราง: คุณสมบัติเชิงกลที่อุณหภูมิห้องโดยทั่วไป

3.2 คุณสมบัติในการผลิตและการเชื่อม

การปฏิบัติการขึ้นรูป

• การปั้นเย็น : โลหะผสมทั้งสองชนิดเกิดการแข็งตัวจากการทำงานอย่างรวดเร็ว จึงต้องมีการอบอ่อนระหว่างกระบวนการ

• การขึ้นรูปแบบร้อน : อุณหภูมิการทำงานที่แนะนำคือ 1120-1170°C สำหรับทั้งสองโลหะผสม

• การขึ้นรูปข้อศอก : โลหะผสม C-276 มีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีกว่าเล็กน้อยสำหรับข้อศอกที่มีรัศมีแคบ

ประสิทธิภาพการเชื่อม

• ความต้านทานการกัดกร่อนในแนวเชื่อม : โลหะผสม C-22 แสดงถึงความต้านทานการกัดกร่อนในเขตความร้อนได้ดีกว่า

• การเลือกโลหะเติม :

  • C-276: โดยทั่วไปใช้โลหะเติม ERNiCrMo-4 ในการเชื่อม

  • C-22: โดยทั่วไปใช้โลหะเติม ERNiCrMo-10 ในการเชื่อม

• การให้ความร้อนหลังการเชื่อม (Post-weld heat treatment) : โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องใช้สำหรับทั้งสองโลหะผสม

4 คำแนะนำเฉพาะการใช้งานสำหรับระบบ FGD

4.1 คำแนะนำเกี่ยวกับองค์ประกอบของระบบย่อย FGD

องค์ประกอบในโซนห้องล้างก๊าซ (Scrubber Zone Components)

• ท่อฉีดพ่นและหัวฉีด (Spray headers and nozzles) : แนะนำให้ใช้โลหะผสม C-276 เพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอที่ดีกว่า

• องค์ประกอบตัวกำจัดฝอยน้ำ (Mist eliminator components) : แนะนำให้ใช้โลหะผสม C-22 เพื่อความทนทานต่อการออกซิเดชันที่ดีกว่า

• แผ่นป้องกันผนังห้องล้างก๊าซ (Scrubber wall cladding) : ทั้งสองชนิดสามารถใช้ได้ โดยการเลือกขึ้นอยู่กับสภาพเคมีเฉพาะ

ระบบช่องทางเดินอากาศและระบบบายพาส (Ductwork and Bypass Systems)

• ตัวดูดซับและข้อต่อขยายตัว : C-22 แนะนำสำหรับสภาพการณ์ออกซิเดชันแบบผสม

• ข้อศอกและโค้งท่อ : C-276 แนะนำสำหรับความต้านทานการกัดเซาะในพื้นที่ความเร็วสูง

• ระบบที่รองรับ : ใช้โลหะผสมใดก็ได้โดยพิจารณาจากต้นทุน

ข้อต่อท่อและชิ้นส่วนพิเศษ

• ข้อศอก : C-276 ทนทานกว่าสำหรับการขนส่งของเหลวที่มีอนุภาคกัดกร่อน

• ตัวเทและตัวเปลี่ยนขนาด : C-22 เหมาะสำหรับสภาพการณ์ในเฟสไอระเหย

• หน้าแปลนและข้อต่อด้วยแหวนรอง : C-276 แนะนำสำหรับต้านทานการกัดกร่อนแบบซอก (crevice corrosion)

4.2 หลักเกณฑ์ในการเลือกตามอุณหภูมิ

การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ (<80°C)

• โลหะผสมทั้งสองชนิด ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม

• การพิจารณาค่าใช้จ่าย อาจเป็นตัวเลือกหลัก

• C-276 แนะนำให้ใช้หากค่าคลอไรด์เกิน 500 ppm

อุณหภูมิระดับปานกลาง (80-100°C)

• C-276 โดยทั่วไปมีความเหนือกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมแบบรีดิวซิ่ง (reducing conditions)

• C-22 เหมาะกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมแบบออกซิไดซิ่ง (oxidizing conditions)

• จุดตัดสินใจที่สำคัญ ขึ้นอยู่กับเคมีเฉพาะ

อุณหภูมิสูง (>100°C)

• C-22 แสดงข้อได้เปรียบในสภาพแวดล้อมที่มีการเกิดออกซิเดชัน

• เสถียรภาพทางความร้อน ประเด็นที่พิจารณาสนับสนุน C-22

• โลหะผสมทั้งสองชนิด ต้องการการออกแบบเชิงกลอย่างระมัดระวัง

5 ประเด็นทางเศรษฐศาสตร์และวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

5.1 การเปรียบเทียบต้นทุนเริ่มต้น

• ค่าพรีเมียมของวัสดุ : C-22 โดยทั่วไปมีราคาสูงกว่า C-276 ประมาณ 15-25%

• ค่าใช้จ่ายในการผลิต : มีลักษณะคล้ายกันทั้งสองอัลลอยด์ โดยมีความแตกต่างกันเล็กน้อย

• ข้อพิจารณาเกี่ยวกับสต็อกสินค้า : อะไหล่มาตรฐานของ C-276 มีการจัดจำหน่ายอย่างแพร่หลายมากกว่า

5.2 ปัจจัยต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

การบำรุงรักษาและการหยุดทำงาน

• ช่วงเวลาการตรวจสอบ : C-22 อาจช่วยยืดช่วงเวลาตรวจสอบออกไปได้ ในสภาวะที่มีการออกซิเดชัน

• การเปลี่ยนชิ้นส่วน : C-276 มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าในสภาวะที่เป็นรีดิวซิ่ง

• ข้อกำหนดในการทำความสะอาด คล้ายกันทั้งสองชนิดโลหะผสม

ผลกระทบจากความล้มเหลว

• ต้นทุนที่เกิดจากการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน มักจะสูงกว่าความแตกต่างของต้นทุนวัสดุ

• การปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม ทั้งสองชนิดโลหะผสมให้การรับรองความสอดคล้องที่เชื่อถือได้

• ความหมายด้านความปลอดภัย มีความแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างโลหะผสม

*ตาราง: การวิเคราะห์เปรียบเทียบต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน (ระยะ 20 ปี)*

6 การพัฒนาทางเทคนิคล่าสุดและกรณีศึกษา

6.1 ประสบการณ์อุตสาหกรรมและข้อมูลประสิทธิภาพ

การประยุกต์ใช้ในการผลิตพลังงาน

• โรงไฟฟ้าถ่านหิน : โลหะผสมทั้งสองมีอายุการใช้งานมากกว่า 20 ปีในระบบซึ่งได้รับการออกแบบอย่างดี

• โรงงานผลิตพลังงานจากขยะ : โลหะผสม C-22 ถูกเลือกใช้ในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่ซับซ้อน

• หม้อไอน้ำอุตสาหกรรม : โลหะผสม C-276 นิยมใช้ในระบบที่ไม่ซับซ้อนซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีที่คาดการณ์ได้

การตรวจสอบประสิทธิภาพ

• การทดสอบภาคสนาม : การทดสอบภาคสนามหลายครั้งเป็นเวลา 5 ปี แสดงให้เห็นอัตราการกัดกร่อนต่ำกว่า 0.1 มม./ปี สำหรับทั้งสองโลหะผสม

• การศึกษาในห้องปฏิบัติการ : การทดสอบเร่งความเร็ยยืนยันความแตกต่างในการทำงานที่ทำนายไว้

• การวิเคราะห์ความล้มเหลว : ความล้มเหลวที่เกิดขึ้นโดยทั่วไปเชื่อมโยงกับปัญหาการออกแบบ/การดำเนินงาน มากกว่าข้อจำกัดของวัสดุ

6.2 ความก้าวหน้าในการผลิต

• การผลิตแบบเติมเนื้อสาร (Additive Manufacturing) : ทั้งสองโลหะผสมสามารถแปรรูปได้สำเร็จผ่านกระบวนการเลเซอร์พาวเดอร์เบดฟิวชัน

• เทคโนโลยีการเคลือบผิว : มีทั้งการเคลือบแบบระเบิดและแบบเชื่อมทับผิวสำหรับทั้งสองชนิด

• มาตรฐาน : การเพิ่มขึ้นของอุปกรณ์มาตรฐานที่มีอยู่สำหรับทั้งสองโลหะผสม

7 วิธีการคัดเลือกและกรอบการตัดสินใจ

7.1 กระบวนการคัดเลือกอย่างเป็นระบบ

ขั้นตอนที่ 1: การวิเคราะห์สภาพแวดล้อม

• การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของสภาพแวดล้อมที่คาดการณ์ไว้

• การกำหนดค่าอุณหภูมิและความดัน

• การระบุสภาวะผิดปกติ

ขั้นตอนที่ 2: ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ

• ข้อกำหนดอายุการใช้งานตามการออกแบบ

• เป้าหมายความน่าเชื่อถือ

• ปรัชญาการบำรุงรักษา

ขั้นตอนที่ 3: การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์

• การสร้างแบบจำลองต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน

• การตัดสินใจโดยพิจารณาจากความเสี่ยง

• การคำนวณต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมด

7.2 เครื่องมือสนับสนุนการตัดสินใจ

ระเบียบวิธีการทดสอบการกัดกร่อน

• การทดสอบในห้องปฏิบัติการภายใต้สภาพจำลอง

• การทดสอบแผ่นชิ้นงานในสภาพแวดล้อมจริง

• การวิเคราะห์เชิงไฟฟ้าเคมี

การสร้างแบบจำลองทางคอมพิวเตอร์

• พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณสำหรับการพยากรณ์การกัดเซาะ

• การสร้างแบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับความเสถียรของเฟส

• การวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับความสมบูรณ์ทางกล

8 สรุปและข้อแนะนำ

8.1 หลักเกณฑ์ทั่วไปสำหรับการประยุกต์ใช้ระบบ FGD

เลือกใช้ Hastelloy C-276 เมื่อ:

• ความเข้มข้นของคลอรีดเกิน 500 ppm ที่อุณหภูมิสูงกว่า 80°C

• สภาพแวดล้อมของกระบวนการมีสภาพเป็นรีดิวซิ่ง (Reducing conditions)

• การกัดกร่อนจากการกัดเซาะเป็นปัญหาสำคัญ

• ความอ่อนไหวต่อต้นทุนเป็นปัจจัยหลัก

แนะนำให้ใช้ Hastelloy C-22 เมื่อ:

• มีสภาพแวดล้อมที่เป็นออกซิไดซิงเป็นหลัก

• มีกรดหลายชนิดผสมกันรวมถึงกรดที่เป็นออกซิไดซิง

• คาดว่าจะต้องทำงานที่อุณหภูมิสูง (>100°C)

• ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนแบบเฉพาะที่สูงสุด

8.2 แนวโน้มและพัฒนาการในอนาคต

• วิธีการไฮบริด การเลือกโลหะผสมเฉพาะชิ้นส่วนต่าง ๆ กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้น

• การผลิตที่ก้าวหน้า การผลิตโดยเทคโนโลยีการเพิ่มวัสดุ (Additive manufacturing) ช่วยให้การออกแบบรูปทรงมีประสิทธิภาพมากขึ้น

• เทคโนโลยีการตรวจสอบ เทคโนโลยีตรวจสอบการกัดกร่อนที่เชื่อมต่อกับอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่าง ๆ (IoT-enabled) มีบทบาทต่อการวางแผนการบำรุงรักษา

• การพัฒนาวัสดุ : มีโลหะผสมใหม่ๆ ออกมาอย่างต่อเนื่องที่มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น

8.3 ข้อแนะนำสุดท้าย

สำหรับชิ้นส่วนข้อต่อและข้อศอกของระบบ FGD ส่วนใหญ่ Hastelloy C-276 ถือเป็นวัสดุที่มีสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างสมบัติการใช้งาน ความสามารถในการผลิต และประสิทธิภาพทางเศรษฐศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ในระบบที่มีสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์อย่างมีนัยสำคัญ หรือมีสภาพทางเคมีที่ซับซ้อน หรือใช้งานที่อุณหภูมิสูง Hastelloy C-22 สามารถให้เหตุผลสนับสนุนค่าใช้จ่ายที่สูงกว่าด้วยสมรรถนะและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น .

การเลือกวัสดุขั้นสุดท้ายควรพิจารณาจากผลการวิเคราะห์อย่างละเอียดของสภาพการใช้งานเฉพาะ พร้อมการทดสอบที่เหมาะสมเมื่อจำเป็น และต้องคำนึงถึงต้นทุนตลอดอายุการใช้งานและข้อกำหนดในการดำเนินงานโดยรวม