คู่มือหน้าแปลนแรงดันสูง อุณหภูมิสูง: วัสดุและการออกแบบสำหรับการใช้งานในสภาวะรุนแรง

หน้าแปลนแรงดันสูง อุณหภูมิสูง (HPHT) ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงกว่า 900°F และ/หรือระดับ Class 900 ขึ้นไป สภาวะที่รุนแรงเหล่านี้ต้องการวัสดุเหล็กกล้าผสมที่ได้รับการคิดค้นสูตรพิเศษเพื่อต้านทานการคืบ (creep) การเกิดออกซิเดชัน การโจมตีจากไฮโดรเจน และความล้าจากความร้อน การเลือกหน้าแปลน HPHT อย่างถูกต้องช่วยป้องกันความเสียหายร้ายแรงจากการแตกเนื่องจากการคืบ (creep rupture) และกลไกการเสื่อมสภาพอื่นๆ ที่เกิดจากอุณหภูมิสูง

หน้าแปลน HPHT ถูกออกแบบทางวิศวกรรมมาเพื่อทนทานต่อสภาวะการทำงานที่ demanding ที่สุดในโรงผลิตไฟฟ้า โรงกลั่นที่มีกระบวนการใช้ไฮโดรเจน และการแตกตัว (cracking) ในปิโตรเคมี วัสดุเหล่านี้ต้องคงความแข็งแรงเชิงกลไว้ที่อุณหภูมิซึ่งเหล็กกล้าคาร์บอนจะสูญเสียความแข็งแรงอย่างรวดเร็วและล้มเหลว การออกแบบต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนรูปจากการคืบ การแตกเนื่องจากการคืบ การขยายตัวเนื่องจากความร้อน และการโจมตีจากไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง หน้าแปลนเหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานไม่เหมาะสำหรับการใช้งาน HPHT มีเพียงวัสดุเหล็กกล้าผสมและวัสดุฐานนิกเกิลเท่านั้นที่สามารถให้ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงและความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่จำเป็นได้

เหล็กกล้าผสมโครเมียม-โมลิบดีนัมหลายเกรดและเกรดผสมขั้นสูงมีจำหน่ายสำหรับการใช้งานหน้าแปลน HPHT โดยแต่ละเกรดมีระดับสมรรถนะที่อุณหภูมิสูงที่แตกต่างกัน:

วัสดุ	ข้อกำหนด	อุณหภูมิสูงสุด	คุณสมบัติหลัก	การใช้งานหลัก
1-1/4Cr-1/2Mo	ASTM A182 F11	1100°F	ความต้านทานการคืบปานกลาง เชื่อมง่าย	ท่อไอน้ำ ท่อฮีตเตอร์
2-1/4Cr-1Mo	ASTM A182 F22	1100°F	ทนทานต่อการใช้งานกับไฮโดรเจน มีความแข็งแรงในการต้านการคืบที่ดี	เครื่องปฏิกรณ์ในกระบวนการไฮโดรโพรเซสซิ่ง
9Cr-1Mo-V	ASTM A182 F91	1200°F	ความแข็งแรงในการต้านการคืบสูง ความต้านทานออกซิเดชันดีเยี่ยม	โรงไฟฟ้าพลังความร้อนขั้นสูง
9Cr-0.5Mo-1.8W-V	ASTM A182 F92	1200°F	ความแข็งแรงในการต้านการคืบที่ดีกว่า F91	ไอน้ำแบบอุลตร้า-ซูเปอร์คริติคอล
Inconel 625	ASTM B564 UNS N06625	1800°F	ทนทานต่ออุณหภูมิและความกัดกร่อนสูงมาก	ชิ้นส่วนเตาเผา

การใช้งาน HPHT โดยทั่วไปจะใช้ระดับแรงดันสูงสุด Class 900 เป็นเรื่องปกติสำหรับท่อผนังหนาในโรงกลั่นและการผลิตไฟฟ้า Class 1500 จำเป็นสำหรับท่อป้อนและท่อระบายของเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรโพรเซสซิ่งซึ่งแรงดันอาจเกิน 2000 psi Class 2500 ถูกกำหนดสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูงมากและระบบท่อผนังหนาในกระบวนการไฮโดรโพรเซสซิ่งแรงดันสูง ระดับแรงดันที่สูงขึ้นจำเป็นต้องมีขั้นตอนการเชื่อมเฉพาะและการอบชุบหลังการเชื่อม (PWHT) พื้นผิวหน้าสัมผัสแบบวงแหวน (RTJ) เป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งาน HPHT เนื่องจากให้การซีลโลหะต่อโลหะที่เชื่อถือได้มากที่สุดในสภาวะที่รุนแรง

การคืบ (Creep) คือการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรของวัสดุตามเวลาภายใต้ความเค้นคงที่ที่อุณหภูมิสูง สำหรับเหล็กกล้าโครเมียม-โมลิบดีนัม การคืบจะมีความสำคัญเหนือ 800°F และต้องนำมาคำนวณในอายุการออกแบบของหน้าแปลน การแตกเนื่องจากการคืบ (Stress rupture) คือกลไกความล้มเหลวตามเวลาที่เกิดขึ้นเมื่อการเปลี่ยนรูปจากการคืบถึงระดับวิกฤต ความแตกต่างของการขยายตัวเนื่องจากความร้อน ระหว่างท่อและอุปกรณ์ต้องได้รับการรองรับผ่านการวิเคราะห์ความยืดหยุ่นของระบบท่อที่เหมาะสม การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (Thermal cycling) ในระหว่างการสตาร์ทและหยุดเดินเครื่องสร้างภาระความล้าที่อาจนำไปสู่การแตกร้าว การโจมตีจากไฮโดรเจน (Hydrogen attack) เกิดขึ้นเมื่ออะตอมไฮโดรเจนแพร่เข้าสู่เหล็กกล้าคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง ทำปฏิกิริยากับคาร์ไบด์เกิดเป็นมีเทน ทำให้เกิดการสลายคาร์บอนภายในและการแตกร้าวละเอียด

หน้าแปลน HPHT ถูกใช้ในวงจรเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรแคร็กกิ้งและไฮโดรทรีตติ้ง ซึ่งความดันย่อยของไฮโดรเจนเกิน 1500 psi และอุณหภูมิสูงถึง 800°F ท่อในหน่วย Fluid catalytic cracking (FCC) จัดการกับตัวเร่งปฏิกิริยาและสารผสมไฮโดรคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง ระบบไอน้ำแรงดันสูงในโรงไฟฟ้าทำงานที่สภาวะซูเปอร์คริติคอลเกิน 3200 psi และ 1000°F การเชื่อมต่อท่อเตาเผาและฮีตเตอร์ถ่ายเทของเหลวในกระบวนการที่อุณหภูมิสูง ท่อในโรงงานแก๊สสังเคราะห์ (Syngas) และแก๊สซิฟิเคชันจัดการกับแก๊สสังเคราะห์แรงดันสูง อุณหภูมิสูง ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์

การควบคุมอุณหภูมิอุ่นก่อนเชื่อม (Preheat) และอุณหภูมิระหว่างรอยเชื่อม (Interpass) มีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อเชื่อมวัสดุโครเมียม-โมลิบดีนัมเพื่อป้องกันการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน การอบชุบหลังการเชื่อมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับวัสดุโครเมียม-โมลิบดีนัมที่เกินขีดจำกัดความหนาตามที่กำหนดใน ASME B31.3 วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการเชื่อมต้องตรงกับองค์ประกอบของวัสดุฐานเพื่อรักษาคุณสมบัติทางกลทั่วทั้งรอยเชื่อม การควบคุมอัตราการเย็นตัวหลังการเชื่อมป้องกันการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคที่แข็งและเปราะ การทดสอบความแข็งหลังการอบ PWHT ยืนยันว่าการคลายความเค้นตามที่ต้องการประสบความสำเร็จ รอยเชื่อมชน (Butt weld) ทั้งหมดในการใช้งาน HPHT ต้องผ่านการตรวจสอบปริมาตร 100% ด้วยวิธีการถ่ายภาพรังสีหรือการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

ติดต่อทีมวิศวกรของเราเพื่อรับคำปรึกษาผู้เชี่ยวชาญในการเลือกวัสดุและกำหนดข้อกำหนดหน้าแปลน HPHT

ขอใบเสนอราคา