เหนือกว่า 304/316: ข้อต่อสแตนเลสแบบดูอัลเกรดและข้อต่อฮาสเทลลอยด์ได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในงานอุตสาหกรรมเคมี

โรงงานแปรรูปทางเคมีขั้นสูงต้องการวัสดุพิเศษ เช่น สแตนเลสสตีลเกรดคู่ และโลหะผสมฮาสเทลลอย (Hastelloy) เพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนมากขึ้น

ภูมิทัศน์ของวัสดุที่เปลี่ยนแปลงไปในอุตสาหกรรมการแปรรูปทางเคมี

อุตสาหกรรมเคมีระดับโลก —มานานหลายทศวรรษ สแตนเลสสตีล 304 และ 316 เป็นวัสดุหลักสำหรับอุปกรณ์ในกระบวนการเคมีมาช้านาน ด้วยคุณสมบัติในการต้านทานการกัดกร่อนได้ในระดับที่เพียงพอ การต้านทานการกัดกร่อนได้ในระดับที่เพียงพอ และ ความคุ้มค่า ในสภาพแวดล้อมที่มีความกัดกร่อนปานกลาง อย่างไรก็ตาม เมื่อกระบวนการทางเคมีมีความซับซ้อนมากขึ้น และสภาพการใช้งานมีความรุนแรงมากยิ่งขึ้น การเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญไปสู่การใช้วัสดุ วัสดุที่พัฒนา รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดคู่ (dual-grade stainless steels) และโลหะผสมนิกเกิล เช่น ฮาสเตลลอย (Hastelloy) กำลังเปลี่ยนแปลงแนวทางการกำหนดคุณสมบัติอุปกรณ์และการออกแบบโรงงานของอุตสาหกรรม

การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากสื่อที่ใช้ในการกระบวนการมีความกัดกร่อนมากขึ้นเรื่อย ๆ สื่อที่ใช้ในการกระบวนการมีความกัดกร่อน อุณหภูมิและความดันในการใช้งานที่สูงขึ้น ข้อบังคับด้านสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดมากยิ่งขึ้น และความจำเป็นทางเศรษฐกิจในการลดค่าใช้จ่ายจากช่วงเวลาที่ต้องหยุดซ่อมบำรุงและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา ความต้องการทั่วโลกในด้านการผลิตสารเคมีเฉพาะทางมากยิ่งขึ้น รวมถึงเภสัชภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง พอลิเมอร์ขั้นสูง และสารเคมีเฉพาะทาง ยังเป็นปัจจัยเร่งให้เกิดการนำวัสดุคุณภาพสูงเหล่านี้มาใช้งานมากขึ้น

ข้อจำกัดทางด้านเทคนิคของเหล็กกล้าไร้สนิมแบบทั่วไป

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกแบบดั้งเดิมเผชิญกับความท้าทายอย่างมากในสภาพแวดล้อมการแปรรูปเคมีในปัจจุบัน:

• ต้านทานคลอรีดได้จำกัด นำไปสู่การกัดกร่อนแบบเป็นจุด (pitting) และการกัดกร่อนแบบช่องว่าง (crevice corrosion)

• ปัญหาการเกิดการไวต่ออุณหภูมิ (Sensitization) ในชิ้นส่วนที่เชื่อมด้วยความร้อน ทำให้ความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนลดลง

• ความแข็งแรงไม่เพียงพอ ที่อุณหภูมิสูง

• มีแนวโน้มเกิดการแตกตัวจากความเครียดภายใต้การกัดกร่อน (SCC) ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอรีด

• การเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ในกรดที่มีฤทธิ์รีดิวซ์สูง เช่น กรดซัลฟูริกและกรดไฮโดรคลอริก

ข้อจำกัดเหล่านี้ได้ผลักดันให้นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุและวิศวกรกระบวนการต้องแสวงหาวัสดุทางเลือกที่สามารถให้สมรรถนะที่ดีขึ้น ขณะเดียวกันก็รักษาความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจไว้ได้ อายุการใช้งานที่ยาวนาน และ ความต้องการการบำรุงรักษาลดลง .

เหล็กกล้าไร้สนิมเกรดคู่: การเชื่อมโยงสมรรถนะและความคุ้มค่า

เหล็กกล้าไร้สนิมเกรดคู่แสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีวัสดุ โดยให้สมดุลระหว่างสมรรถนะและต้นทุน ทำให้เหมาะกับการใช้งานในกระบวนการเคมีหลากหลายประเภท:

การประกอบและคุณสมบัติ

เหล็กกล้าไร้สนิมเกรดคู่โดยทั่วไปมีลักษณะโครงสร้างเป็น สองเฟส (two-phase microstructure) ประกอบด้วยเฟสออสเทนไนต์และเฟสเฟอไรต์ในสัดส่วนโดยประมาณเท่ากัน ซึ่งให้คุณสมบัติ:

• ความแข็งแรง ที่ เพิ่ม ขึ้น ประมาณสองเท่าของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนไนต์แบบทั่วไป

• เพิ่มความต้านทาน ต่อการแตกร้าวจากความเครียด (Stress Corrosion Cracking)

• ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่า ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์

• เชื่อมได้ง่ายดี และความเหนียว

• การนำความร้อนได้ดี และคุณสมบัติการขยายตัว

การใช้งานหลักในกระบวนการเคมี

• ภาชนะปฏิกิริยา จัดการสารประกอบอินทรีย์คลอรีนated

• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ใช้น้ำหล่อเย็นที่มีระดับคลอไรด์สูง

• ถังเก็บของเหลว สำหรับสารตั้งต้นทางเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

• ระบบระบบท่อ ต้องการความแข็งแรงเชิงกลสูงและทนต่อการกัดกร่อน

• ตัวระเหย และ crystallizers ในระบบบริการที่มีการเข้มข้นเกลือ

ผู้ผลิตจากจีน เช่น ไท่หยวน อิรอน แอนด์ สตีล (TISCO) ได้ก้าวหน้าอย่างมากในเทคโนโลยีเหล็กกล้าไร้สนิมแบบสองเฟส (dual-phase stainless steel) โดยผลิตภัณฑ์ของพวกเขาถูกนำไปใช้งานในเชิงสำคัญ ได้แก่ เรือบรรทุกสารเคมี , สถาน facility น้ำมันและก๊าซธรรมชาติในทะเล , และ โครงการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ เช่น สะพานฮ่องกง-จูไห่-มาเก๊า

ตาราง: การเปรียบเทียบเกรดเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับการประยุกต์ใช้ในกระบวนการทางเคมี

โลหะผสมฮาสเทลลอยด์: สมรรถนะสูงสุดสำหรับสภาพการทำงานที่รุนแรง

โลหะผสมนิกเกิลฮาสเทลลอยด์ถือเป็นวัสดุที่มีความต้านทานการกัดกร่อนสูงสุดสำหรับการใช้งานในกระบวนการเคมีที่แม้แต่เหล็กกล้าไร้สนิมขั้นสูงก็ไม่สามารถทนต่อสภาพดังกล่าวได้

ความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม

โลหะผสมฮาสเตลลอยด์ โดยเฉพาะ C-22 (UNS N06022) และ C-276 (UNS N10276) , มีสมรรถนะที่เหนือชั้นในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง:

• ความต้านทานที่ยอดเยี่ยม ต่อการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting) การกัดกร่อนแบบซอก (crevice corrosion) และการแตกหักจากความเครียด (stress corrosion cracking)

• ประสิทธิภาพการทำงานที่ยอดเยี่ยม ในสภาพแวดล้อมที่ทั้งออกซิไดซ์และสภาพแวดล้อมรีดิวซ์

• ความต้านทานที่สูงกว่า ต่อกรดซัลฟูริก กรดไฮโดรคลอริก กรดฟอสฟอริก และกรดอะซิติก

• รักษาความสมบูรณ์ ในงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นถึง 1000°C

• ความต้านทานที่ดี สัมผัสกับคลอรีนที่มีความชื้น คลอรีนไดออกไซด์ และสารออกซิไดซ์อื่น ๆ ที่มีฤทธิ์แรง

การประยุกต์ใช้ในกระบวนการทางเคมี

โลหะผสมฮาสเทลลอยด์ถูกกำหนดไว้สำหรับการประยุกต์ใช้ในกระบวนการทางเคมีที่ต้องการความเข้มงวดที่สุด ได้แก่

• ระบบปฏิกิริยา สำหรับการผลิตยาและสารเคมีเฉพาะทาง

• อุปกรณ์ควบคุมมลพิษ รวมถึงระบบที่ใช้ในการกำจัดกำมะถันจากก๊าซปล่อง

• การประมวลผลทางไฟฟ้าเคมี เซลล์และอุปกรณ์ประกอบ

• ความเข้มข้นของกรด และระบบการระเหย

• การเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง และระบบปฏิกิริยา

ความหลากหลายในการใช้งานของโลหะผสมฮัสเทลลอยด์ (Hastelloy) แสดงให้เห็นได้จากความพร้อมใช้งานในรูปแบบผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ รวมถึง ท่อแบบไม่มีตะเข็บ (ASTM B-622), ท่อแบบเชื่อม (ASTM B-619), แผ่นเรียบและแผ่นบาง (ASTM B-575), แท่งโลหะ (ASTM B-574) และเฉพาะทาง ข้อต่อและแผ่นปะเก็น (ASTM B-462, B-366) .

พลวัตทางการตลาดและแนวโน้มการนำไปใช้

ตลาดโลกสำหรับวัสดุขั้นสูงในอุตสาหกรรมการแปรรูปทางเคมีมีศักยภาพการเติบโตที่สำคัญ:

แนวโน้มตลาดฮาสเทลลอยด์

ตลาดฮาสเทลลอยด์ทั่วโลกคาดว่าจะเติบโตอย่างมาก ซึ่งได้รับแรงผลักดันจากการเพิ่มขึ้นของความต้องการจากภาคอุตสาหกรรมการแปรรูปทางเคมี พลังงาน และการบินและอวกาศ:

• ตลาดท่อฮาสเทลลอยด์ คาดว่าจะเติบโตจาก 10.89 พันล้านดอลลาร์ในปี 2024 เป็น 14.5 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2032 โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีประมาณ 3.65%

• การนำไปใช้มากขึ้น ในงานประยุกต์ใช้ที่เกิดขึ้นใหม่ ได้แก่ การผลิตยาและการควบคุมมลพิษ

• ความนิยมเพิ่มขึ้น สำหรับโซลูชันที่ออกแบบและพัฒนาเป็นพิเศษ เพื่อให้เหมาะสมกับข้อกำหนดกระบวนการเฉพาะ

รูปแบบการนำไปใช้ในแต่ละภูมิภาค

• อเมริกาเหนือและยุโรป ตลาดที่มีความมั่นคง พร้อมกับความต้องการในการเปลี่ยนใหม่และการอัพเกรดสิ่งอำนวยความสะดวกเดิมอย่างมีนัยสำคัญ

• เอเชีย - พิซิฟิก ตลาดที่เติบโตอย่างรวดเร็ว โดยได้รับแรงผลักดันจากการเพิ่มกำลังการผลิตทางเคมีใหม่ โดยเฉพาะในประเทศจีนและอินเดีย

• ตะวันออกกลาง การนำไปใช้มากขึ้นในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและเคมีภัณฑ์ ซึ่งเชื่อมโยงกับการผลิตน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ

ปัจจัยทางเศรษฐกิจ: ต้นทุนการเป็นเจ้าของตลอดอายุการใช้งาน

แม้ว่าวัสดุขั้นสูงจะมีราคาสูงกว่าในระยะเริ่มต้น แต่เหตุผลทางด้านเศรษฐกิจมักจะอยู่ที่ ต้นทุนรวมของการเป็นเจ้าของ ข้อคิด:

ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนช่วงอายุการใช้งาน

• อายุการใช้งานของอุปกรณ์ ลดความถี่ในการเปลี่ยนอะไหล่และค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้อง

• การ ดูแล ที่ ลด ข้อกำหนดและเวลาหยุดทำงานที่เกี่ยวข้อง

• ความน่าเชื่อถือของกระบวนการดีขึ้น และลดความเสี่ยงของการเกิดข้อผิดพลาดที่ไม่คาดคิด

• เบี้ยประกันที่ต่ำลง เนื่องจากความเสี่ยงในการเกิดความล้มเหลวที่รุนแรงลดลง

• เพิ่มความปลอดภัย ลดค่าใช้จ่ายที่อาจเกิดขึ้นจากความรับผิด

การวิเคราะห์เศรษฐกิจเฉพาะการใช้งาน

สำหรับกระบวนการทางเคมีหลายประเภท เศรษฐกิจของวัสดุขั้นสูงมีความน่าสนใจเมื่อพิจารณาถึง:

• มูลค่าของผลิตภัณฑ์ที่สูญเสียไป ผ่านการปนเปื้อนจากผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน

• ต้นทุนการหยุดชะงักของการผลิต สำหรับการบำรุงรักษาและการซ่อมแซม

• ต้นทุนความสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม ที่เกี่ยวข้องกับการรั่วไหลและการปล่อย

• ประสิทธิภาพในการใช้พลังงาน ปรับปรุงผ่านคุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนที่ดีขึ้น

ความก้าวหน้าในการผลิตและการประกอบ

ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีการผลิตได้ปรับปรุงการเข้าถึงและประสิทธิภาพของโลหะผสมขั้นสูง

นวัตกรรมกระบวนการผลิต

• เทคนิคการหลอมโลหะที่ได้รับการปรับปรุง รวมถึงการหลอมแบบเหนี่ยวนำในสุญญากาศและการหลอมใหม่ด้วยไฟฟ้าในตะกอน เพื่อเพิ่มความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของวัสดุ

• เทคโนโลยีการขึ้นรูปขั้นสูง สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนพร้อมทั้งรักษาคุณสมบัติของวัสดุไว้ได้

• ขั้นตอนการเชื่อมที่ได้รับการพัฒนา และวัสดุประสานที่ช่วยรักษาระดับการต้านทานการกัดกร่อนของรอยเชื่อม

• เทคโนโลยีการบำบัดผิวหน้า เพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในงานประยุกต์เฉพาะด้าน

ศักยภาพในการผลิตของจีน

ผู้ผลิตจากจีนได้พัฒนาศักยภาพในการผลิตโลหะผสมประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมาก:

• การพัฒนาขั้นสำคัญของ TISCO ในเทคโนโลยีหลอมโลหะอัลลอยด์พิเศษชนิดขนาดใหญ่ที่มีความบริสุทธิ์สูง

• การพัฒนากระบวนการแบบบูรณาการ ลดต้นทุนการผลิตอัลลอยด์นิกเกิลประสิทธิภาพสูงลงมากกว่า 20%

• เพิ่มอัตราผลผลิต สำหรับบางอัลลอยด์ขั้นสูงสามารถเพิ่มได้ถึง 81.94%

• การรับรองตามมาตรฐานสากล รวมถึงมาตรฐาน NORSOK M-650 สำหรับการใช้งานในทะเล

การประยุกต์ใช้งานใหม่และแนวโน้มในอนาคต

การประยุกต์ใช้วัสดุขั้นสูงยังคงขยายตัวไปยังพื้นที่ใหม่ๆ ในการแปรรูปทางเคมี:

เภสัชกรรมและเคมีภัณฑ์พิเศษ

• ระบบปฏิกิริยาความบริสุทธิ์สูง ต้องการการปนเปื้อนต่ำที่สุด

• อุปกรณ์ที่เป็นไปตามข้อกำหนด CGMP มีคุณสมบัติในการทำความสะอาดได้ดีเยี่ยมและทนต่อการกัดกร่อน

• การแปรรูปเฉพาะทาง สำหรับส่วนผสมทางเภสัชกรรมที่มีฤทธิ์สูง (APIs)

การประยุกต์ใช้ด้านพลังงานและความยั่งยืน

• การจับและกักเก็บคาร์บอน ระบบสำหรับจัดการสารละลายเอมีนที่กัดกร่อนได้สูง

• การผลิตไฮโดรเจน และอุปกรณ์สำหรับการแปรรูป

• การผลิตสารเคมีจากชีวภาพ ด้วยผลิตภัณฑ์จากกระบวนการหมักที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง

• กระบวนการรีไซเคิลขั้นสูง สำหรับพลาสติกและขยะอิเล็กทรอนิกส์

แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี

• การพัฒนาโลหะผสมเพิ่มเติม การกำหนดเป้าหมายกลไกการกัดกร่อนเฉพาะ

• วัสดุผสม การรวมระบบโลหะผสมต่างๆ เพื่อประสิทธิภาพที่เหมาะสม

• วิศวกรรมผิว แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุพื้นฐานที่มีต้นทุนต่ำกว่า

• ดิจิทัลทวิน ของอุปกรณ์เพื่อทำนายอายุการใช้งานที่เหลืออยู่และปรับปรุงการบำรุงรักษา

ข้อพิจารณาในการใช้งานสำหรับผู้ผลิตสารเคมี

สำหรับบริษัทที่กำลังพิจารณาเปลี่ยนมาใช้วัสดุขั้นสูง ควรมีปัจจัยหลายประการที่ต้องคำนึงถึงอย่างรอบคอบ:

ระเบียบวิธีการเลือกวัสดุ

• การทดสอบการกัดกร่อนอย่างครอบคลุม ภายใต้สภาวะกระบวนการจริง

• การวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน เกินกว่าต้นทุนวัสดุเริ่มต้น

• การประเมินความสามารถในการผลิต ของผู้จัดหารายที่มีศักยภาพ

• การปฏิบัติตามกฎหมาย การตรวจสอบยืนยันสำหรับการใช้งานที่กำหนดไว้

• ความมั่นคงของห่วงโซ่อุปทาน สำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญ

กลยุทธ์การเปลี่ยนผ่าน

• การดำเนินการแบบเป็นขั้นตอน เริ่มต้นด้วยชิ้นส่วนที่สำคัญที่สุด

• การทดสอบเบื้องต้น ของการใช้วัสดุใหม่ในแอปพลิเคชันที่ไม่สำคัญนัก

• การรับรองผู้จัดหา โปรแกรมที่รับประกันคุณภาพอย่างสม่ำเสมอ

• โปรแกรมฝึกอบรม สำหรับเจ้าหน้าที่ฝ่ายบำรุงรักษาและปฏิบัติการ

• เอกสาร ของประสิทธิภาพเพื่อการตัดสินใจกำหนดรายละเอียดในอนาคต

ห่วงโซ่อุปทานระดับโลกและการแข่งขันในตลาด

ตลาดวัสดุขั้นสูงมีสภาพการแข่งขันที่หลากหลาย:

ผู้เล่นระดับนานาชาติที่มีชื่อเสียง

• VDM Metals (เยอรมนี)

• Haynes International (สหรัฐอเมริกา)

• Carpenter Technology (สหรัฐอเมริกา)

• Special Metals Corporation (สหรัฐอเมริกา)

• Sandvik (สวีเดน)

ผู้ผลิตจากจีนที่กำลังเติบโต

• ไท่หยวน อิรอน แอนด์ สตีล (TISCO)

• กลุ่มจิ่ว gang

• ผู้ผลิตหลายรายที่มีความเชี่ยวชาญเฉพาะทาง เน้นระบบโลหะผสมเฉพาะ

สภาพการแข่งขันกำลังเปลี่ยนแปลง เนื่องจากผู้ผลิตจากจีนกำลังพัฒนาศักยภาพทางเทคโนโลยีและได้รับการรับรองตามมาตรฐานสากล ซึ่งอาจส่งผลต่อห่วงโซ่อุปทานและโครงสร้างราคาทั่วโลก

บทสรุป: อนาคตของวัสดุในอุตสาหกรรมการแปรรูปเคมี

อุตสาหกรรมการแปรรูปเคมีกำลังเปลี่ยนผ่านจากการใช้เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดทั่วไป 304/316 ไปสู่วัสดุขั้นสูงที่รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิมเกรดคู่และโลหะผสมฮาสเทลลอยด์ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงอย่างสำคัญในแนวทางการออกแบบ การดำเนินงาน และการบำรุงรักษาสถานประกอบการ การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดจากเงื่อนไขการผลิตที่เข้มงวดมากขึ้น แรงกดดันทางเศรษฐกิจเพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือและลดต้นทุนตลอดวงจรชีวิต รวมถึงการมีวัสดุขั้นสูงที่มีคุณสมบัติการใช้งานที่พิสูจน์แล้วว่าดีกว่า

เมื่อเทคโนโลยีวัสดุยังคงมีความก้าวหน้าต่อเนื่อง และศักยภาพการผลิตระดับโลกมีการขยายตัว ผู้ประกอบการด้านเคมีภัณฑ์ต่างมีชุดเครื่องมือที่หลากหลายและทันสมัยมากยิ่งขึ้น สำหรับการเลือกใช้วัสดุที่สามารถแก้ไขปัญหาเฉพาะที่พวกเขาเผชิญได้อย่างตรงจุด แนวโน้มในการพัฒนาไปสู่การปรับแต่งวัสดุและแนวทางการแก้ไขปัญหาด้วยวัสดุที่เหมาะสมกับงานเฉพาะทาง น่าจะยังคงดำเนินต่อไป โดยได้รับการสนับสนุนจากเทคโนโลยีดิจิทัลที่ช่วยให้สามารถคาดการณ์ประสิทธิภาพของวัสดุในสภาพการใช้งานได้อย่างแม่นยำมากยิ่งขึ้น

สำหรับทีมวิศวกรที่กำหนดวัสดุสำหรับโครงการใหม่ หรือกำลังพิจารณาอัปเกรดสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่ ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับตัวเลือกวัสดุขั้นสูงเหล่านี้ รวมถึงผลกระทบด้านเศรษฐกิจของวัสดุต่างๆ ได้กลายเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เพื่อให้สามารถดำเนินการผลิตทางเคมีภัณฑ์ได้อย่างมีความสามารถในการแข่งขัน น่าเชื่อถือ และยั่งยืน