ท่อสแตนเลสมีการใช้งานอย่างไรในอุตสาหกรรมพลังงาน

ท่อสแตนเลสในระบบผลิตไฟฟ้าและโครงสร้างพื้นฐานพลังงานนิวเคลียร์

ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและอุณหภูมิสูงในระบบเชื้อเพลิงฟอสซิลและระบบไอน้ำนิวเคลียร์

ท่อสแตนเลสสามารถต้านทานการกัดกร่อนและความร้อนได้ดีในสภาวะที่รุนแรงซึ่งพบได้ในสถานประกอบการผลิตพลังงาน โดยยังคงทำงานได้อย่างเชื่อถือได้แม้อุณหภูมิจะสูงเกิน 600 องศาเซลเซียสภายในหม้อไอน้ำจากเชื้อเพลิงฟอสซิลและเครื่องกำเนิดไอน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้พิเศษคือชั้นออกไซด์โครเมียมที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติบนผิวของมัน ซึ่งช่วยป้องกันความเสียหายจากสารประกอบกำมะถันที่พบได้บ่อยในโรงไฟฟ้าถ่านหิน และยังป้องกันปัญหาอย่างการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นจากคลอไรด์ในเครื่องปฏิกรณ์น้ำความดันสูง อุปกรณ์ในโรงไฟฟ้าที่ใช้ท่อประเภทนี้มีความล้มเหลวของชิ้นส่วน เช่น ท่อซูเปอร์ฮีตเตอร์และรีฮีตเตอร์ ลดลงอย่างมาก ลดจำนวนการหยุดทำงานได้ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับตัวเลือกท่อคาร์บอนสตีลทั่วไป เนื่องจากทนต่อรอบการให้ความร้อนและการระบายความร้อนซ้ำๆ ได้ดีกว่าโดยไม่เกิดออกซิเดชันเร็วเท่า เมื่อพิจารณาเฉพาะการใช้งานในระบบพลังงานนิวเคลียร์ ท่อในเครื่องกำเนิดไอน้ำจำเป็นต้องรักษาสภาพปิดสนิทตลอดหลายปี แม้ต้องเผชิญกับแรงดันสูง อุณหภูมิสุดขั้ว และการแผ่รังสีอย่างต่อเนื่อง เป็นเวลานาน วัสดุเกรด 316L และ 347H ได้กลายเป็นตัวเลือกมาตรฐานในอุตสาหกรรม หลังจากการทดสอบอย่างกว้างขวางแสดงให้เห็นว่ามีสมรรถนะที่สม่ำเสมอตลอดเวลาในสภาวะแวดล้อมที่มีรังสี วัสดุเหล่านี้สอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัยทั้งหมดที่กำหนดไว้ใน ASME Section III หมายความว่าผู้ปฏิบัติงานสามารถขยายช่วงเวลาในการตรวจสอบบำรุงรักษายาวออกไปได้ บางครั้งนานเกินกว่าสิบปีก่อนที่จะต้องเปลี่ยน

ท่อสแตนเลสสองชั้นแบบเล็งสำหรับเครื่องปฏิกรณ์โมดูลขนาดเล็ก (SMRs) และส่วนประกอบที่สำคัญต่อความปลอดภัย

ท่อสแตนเลสสองชั้นแบบเล็งอย่าง LDX 2101 กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในโครงการโครงสร้างพื้นฐานนิวเคลียร์ใหม่ โดยเฉพาะในงานเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์โมดูลขนาดเล็ก หรือ SMRs และในส่วนต่างๆ ที่ความปลอดภัยมีความสำคัญที่สุด สิ่งที่ทำให้วัสดุเหล่านี้โดดเด่นคือไมโครสตรัคเจอร์ที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งทำให้มีความแข็งแรงประมาณสองเท่าเมื่อเทียบกับเหล็กออสเทนิติกทั่วไป แต่มีต้นทุนต่ำกว่าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ข้อเสนอคุณค่านี้สอดคล้องกับสิ่งที่ผู้พัฒนา SMR ต้องการสำหรับการผลิตในโรงงานและการขยายขนาดอย่างมีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ อัลลอยด์เหล่านี้ยังทนต่อการแตกร้าวจากความเครียดและสารกัดกร่อนได้ดีมาก และยังคงความยืดหยุ่นไว้ได้แม้จะได้รับความเสียหายจากรังสีในระดับ 100 displacements ต่ออะตอม ทำให้วัสดุเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับเปลือกหุ้มแท่งควบคุม และชิ้นส่วนรองรับโครงสร้างอื่นๆ ในช่วงที่เกิดแผ่นดินไหว ด้วยสมดุลที่ดีระหว่างความแข็งแรงและความต้านทานการกัดกร่อน วิศวกรสามารถออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กลงได้ แต่ยังคงสามารถตอบสนองมาตรฐานที่เข้มงวดตาม ASME Section III สำหรับการใช้งานด้านนิวเคลียร์

ท่อสแตนเลสสำหรับระบบปิโตรเลียมและก๊าซ และระบบจับคาร์บอน

ประสิทธิภาพของท่อสแตนเลสที่ทนแรงดันสูงและอุณหภูมิสูงในท่อเจาะใต้พื้นผิวและท่อส่งใต้ทะเล

ท่อสแตนเลสสตีลมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการสกัดน้ำมันและก๊าซ โดยอุปกรณ์ต้องทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก ท่อเจาะลึกใต้พื้นดินมักต้องเผชิญกับแรงดันเกินกว่า 15,000 ปอนด์ต่อนิ้ว2 และอุณหภูมิที่สูงขึ้นไปกว่า 300 องศาฟาเรนไฮต์ ในขณะเดียวกัน ท่อก๊าซใต้ทะเลต้องรับมือกับแรงดันมหาศาลใต้ผิวน้ำ รวมถึงการกัดกร่อนจากน้ำเค็มที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง สแตนเลสสตีลแบบดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์สามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านความแข็งแรงที่โดดเด่น วัสดุเหล่านี้มีความต้านทานต่อการแตกร้าวจากแรงเครียดของไฮโดรเจนซัลไฟด์ และมีค่า PREN สูงกว่า 40 ซึ่งหมายความว่าสามารถต่อต้านการกัดกร่อนแบบโพรง (pitting) และการกัดกร่อนในรอยแยก (crevice corrosion) ได้ดีกว่าวัสดุมาตรฐานทั่วไป ข้อมูลจริงจากภาคสนามก็สนับสนุนเช่นกัน ผู้ประกอบการรายงานว่า การเปลี่ยนจากท่อคาร์บอนสตีลธรรมดาเป็นท่อ CRA ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาบนแท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งได้ประมาณ 60% สิ่งนี้มีความแตกต่างอย่างมากเมื่อต้องจัดการกับปฏิบัติการตอนต้นสาย (upstream operations) ที่มีความเสี่ยง โดยเฉพาะเมื่อการหยุดทำงานอาจส่งผลให้เกิดค่าใช้จ่ายสูงมาก

ท่อสแตนเลสเหล็กที่ทนต่อการกัดกร่อน ช่วยให้โครงสร้างพื้นฐานการขนส่งและจัดเก็บระบบ CCUS มีความทนทานยาวนาน

ระบบการดักจับ การใช้ประโยชน์ และการจัดเก็บคาร์บอน (CCUS) อาศัยท่อสแตนเลสในการจัดการกระแส CO² ที่มีความชื้นและสิ่งเจือปนอย่างปลอดภัย — โดยในสภาพแวดล้อมดังกล่าว สารประกอบกรดคาร์บอนิก ออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อย และสารประกอบกำมะถัน จะเร่งการกัดกร่อนในวัสดุทั่วไป ส่วนเกรดออสเทนนิติก (เช่น 316L) และเกรดซูเปอร์ดูเพล็กซ์ ให้การป้องกันที่เหมาะสมสำหรับส่วนต่างๆ ของระบบ CCUS ได้อย่างแม่นยำ:

ความทนทานแบบหลายมิตินี้ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะสามารถกักเก็บได้อย่างปลอดภัยโดยไม่รั่วซึมเป็นเวลาหลายสิบปี — ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากคาดการณ์ว่าขีดความสามารถของระบบ CCUS ทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นถึง 50 เท่าภายในปี 2040 (IEA, 2023) โดยการลดความถี่ในการตรวจสอบ และขจัดความเสี่ยงของการรั่วไหลของก๊าซเรือนกระจก ท่อสแตนเลสจึงเป็นวัสดุหลักที่รองรับโครงสร้างพื้นฐานการบริหารจัดการคาร์บอนที่สามารถขยายขนาดได้และสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

ท่อสแตนเลสสำหรับการใช้งานในระบบไฮโดรเจนและพลังงานหมุนเวียน

ท่อสแตนเลสที่พร้อมสำหรับการใช้งานกับไฮโดรเจน สำหรับการผลิต การอัดแรง การจัดจำหน่าย และระบบเชื้อเพลิงเซลล์สมดุลของพืช

ท่อสแตนเลสทำงานได้ดีมากสำหรับโครงสร้างพื้นฐานของไฮโดรเจน เพราะทนต่อการเปราะตัวจากไฮโดรเจน ปัญหาการกัดกร่อน และสามารถรองรับความเหนื่อยล้าภายใต้แรงดันสูงโดยไม่เสียรูป ส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนหรือเหล็กกล้าผสมต่ำทั่วไปนั้นแทบไม่เหมาะสมในการรักษาความแข็งแรงของโครงสร้างในทุกส่วนของระบบไฮโดรเจน เราพูดถึงตั้งแต่ท่อส่งที่ออกมาจากอิเล็กโทรไลเซอร์ ไปจนถึงขั้นตอนการอัดแรงดันสูงที่มีระดับแรงดันประมาณ 700 บาร์ รวมถึงเครือข่ายการจัดจำหน่ายและชิ้นส่วนเซลล์เชื้อเพลิงต่างๆ ชนิดดูเพล็กซ์และซูเปอร์ดูเพล็กซ์ยังยกระดับคุณสมบัตินี้ให้ดียิ่งขึ้น ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับถังเก็บไฮโดรเจนในรูปแบบก๊าซและของเหลว รวมถึงระบบสายส่ง วัสดุเหล่านี้ได้ผ่านการทดสอบมาแล้วในสภาพแวดล้อมที่ต้องการความทนทานสูงอื่นๆ เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจากพลังงานความร้อนใต้พิภพ หรือกังหันลมนอกชายฝั่ง ที่น้ำเค็มกัดกร่อนพื้นผิวโลหะอยู่ตลอดเวลา นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษายังคงต่ำแม้อยู่ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้าย เมื่อโครงการไฮโดรเจนสีเขียวกำลังขยายตัวไปทั่วทุกแห่ง สแตนเลสท่อจึงยังคงเป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้ ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานที่จำเป็นทั้งหมด และช่วยให้สามารถนำแหล่งพลังงานสะอาดมาผนวกเข้ากับโครงสร้างพื้นฐานเดิมของเราได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เกณฑ์การคัดเลือกวัสดุที่ขับเคลื่อนการใช้ท่อสแตนเลสในภาคพลังงานต่างๆ

เมื่อเลือกวัสดุสำหรับโครงการของตน วิศวกรมักเลือกใช้ท่อสแตนเลสเนื่องจากเหตุผลหลักสามประการที่ทำงานร่วมกันเพื่อรักษาระบบการทำงานให้ดำเนินไปอย่างราบรื่น พร้อมทั้งเป็นไปตามข้อกำหนดและมาตรฐานทั้งหมด เริ่มต้นด้วยความต้านทานการกัดกร่อน สแตนเลสมีความทนทานต่อสารเคมีรุนแรงได้ดีมาก ไม่ว่าจะในโรงปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือแท่นขุดเจาะน้ำมันนอกชายลึก ตามรายงานปี 2023 จาก NACE International คุณสมบัตินี้เพียงอย่างเดียวสามารถลดการรั่วซึมได้เกือบ 70% ต่อมาคือความสามารถในการทนต่อความร้อน วัสดุเกรดพิเศษบางชนิดสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 800 องศาเซลเซียส โดยไม่บิดเบี้ยวหรือเสื่อมสภาพ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสถานที่เช่น ท่อส่งไอน้ำ และอุปกรณ์อัดไฮโดรเจน ที่การล้มเหลวที่ไม่คาดคิดอาจก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายสูง การบำรุงรักษาจะลดลงระหว่าง 30% ถึง 45% เมื่อชิ้นส่วนเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น และสุดท้ายคือปัจจัยด้านต้นทุน แม้ว่าสแตนเลสจะมีราคาสูงกว่าในช่วงแรก แต่กลับคุ้มค่าในระยะยาว โรงไฟฟ้าที่เปลี่ยนมาใช้ท่อสแตนเลสมักพบว่าอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นจากประมาณ 7 ปี เป็น 15 ปี ดังนั้นแทนที่จะเป็นเพียงการเลือกวัสดุ บริษัทต่างๆ กำลังตัดสินใจอย่างมีกลยุทธ์เกี่ยวกับความปลอดภัย ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และเศรษฐศาสตร์เชิงกำไรสุทธิ ในขณะที่ภาคพลังงานยังคงเปลี่ยนแปลงต่อไป

คำถามที่พบบ่อย

คำถาม: อะไรทำให้ท่อสแตนเลสเหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิและแรงดันสูง?

คำตอบ: ท่อสแตนเลสมีชั้นออกไซด์โครเมียมที่ทำหน้าที่ป้องกัน ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อน และความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิและแรงดันสูง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบผลิตไฟฟ้าและงานนิวเคลียร์

คำถาม: ท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์แบบเล็นมีประโยชน์อย่างไรต่อโครงการ SMR?

คำตอบ: ท่อสแตนเลสดูเพล็กซ์แบบเล็นมีโครงสร้างจุลภาคที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งให้ความแข็งแรงสูงในต้นทุนที่ต่ำกว่า นอกจากนี้ยังต้านทานการแตกร้าวจากความเครียดและการกัดกร่อน และคงความยืดหยุ่นหลังได้รับรังสี ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่สำคัญต่อความปลอดภัยใน SMR

คำถาม: ทำไมท่อสแตนเลสจึงเป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ?

A: ท่อสแตนเลส โดยเฉพาะแบบดูเพลกซ์และซูเปอร์ดูเพลกซ์ มีความต้านทานการแตกร้าวจากความเครียดของไฮโดรเจนซัลไฟด์ และการกัดกร่อนในรูปแบบอื่นๆ ได้อย่างยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับใช้งานในสภาพแวดล้อมสุดขั้วในการสกัดน้ำมันและก๊าซ ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอย่างมาก

Q: ท่อสแตนเลสมีบทบาทอย่างไรในระบบการจับและกักเก็บคาร์บอน?

A: ท่อสแตนเลสมีความสำคัญในระบบ CCUS สำหรับการจัดการกระแส CO² ที่ไม่บริสุทธิ์ ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและความทนทานเชิงโครงสร้างของท่อ ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีการรั่วซึมและเป็นไปตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม

Q: ท่อสแตนเลสสนับสนุนโครงสร้างพื้นฐานของไฮโดรเจนอย่างไร?

A: ท่อสแตนเลสต้านทานการเปราะตัวจากไฮโดรเจนและการกัดกร่อน รักษารูปทรงโครงสร้างไว้ตลอดกระบวนการผลิต การอัด และการขนส่งไฮโดรเจน ซึ่งมีความสำคัญต่อการผสานรวมโซลูชันพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น