เหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับระบบล้างก๊าซไอเสียที่มีกำมะถัน (FGD)

เครื่องล้างก๊าซไอเสียแบบเปียก (FGD) เป็นหนึ่งในสถานที่ที่มีความกัดกร่อนรุนแรงที่สุดภายในโรงไฟฟ้า การเลือกวัสดุในบริเวณนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณคลอไรด์ ค่าพีเอชต่ำ กรดที่ควบแน่น และการกัดกร่อนแบบขัดถู มากกว่าอุณหภูมิเพียงอย่างเดียว สแตนเลสสตีลที่เหมาะสมจะขึ้นกับโซนที่ใช้งาน: เกรด 316L อาจใช้ได้ในบริเวณที่มีความรุนแรงต่ำ แต่บริเวณตัวดูดซับ รอยต่อระหว่างสภาพเปียก-แห้ง และบริเวณที่คลอไรด์เข้มข้น มักจำเป็นต้องใช้เกรด 317L สแตนเลสสตีลแบบดูเพล็กซ์ 2205 หรือเกรดซูเปอร์ออสเทนิติกและซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่มีโมลิบดีนัม 6% ถ้าเลือกโลหะผสมที่มีองค์ประกอบต่ำเกินไป จะเกิดการกัดกร่อนแบบจุดและแบบรอยแยกอย่างรวดเร็ว แต่หากเลือกเกรดให้ตรงกับสภาพแวดล้อมอย่างเหมาะสม ก็สามารถใช้งานได้นานหลายทศวรรษ ที่ห้างหุ้นส่วนจำกัดเจ้อเจียงเหวินเชียง สแตนเลสสตีล เราช่วยผู้ปฏิบัติงานวิเคราะห์สภาพแวดล้อมและจับคู่กับโลหะผสมที่เหมาะสมตามแต่ละโซน

สภาพแวดล้อม FGD แบบเปียก
ในระบบล้างหินปูนแบบเปียก ก๊าซไอเสียร้อนจะสัมผัสกับสารละลายที่ดูดซับก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งส่งผลให้เกิดส่วนผสมที่มีคุณสมบัติทางเคมีรุนแรง คลอไรด์ที่ถูกนำเข้ามาพร้อมกับถ่านหิน และเข้มข้นขึ้นจากการระเหยและการหมุนเวียนซ้ำ จะเป็นสาเหตุหลักของการกัดกร่อนแบบจุด (pitting) และการกัดกร่อนในรอยแยก (crevice corrosion) โดยอาจมีความเข้มข้นสูงถึงหลายพันหรือหลายหมื่นส่วนต่อล้านส่วนในสารละลายที่หมุนเวียน ค่า pH จะต่ำ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 4 ถึง 6 ในสารละลายหลัก และต่ำกว่านั้นมากในหยดน้ำควบแน่นบริเวณท้องถิ่น นอกจากนี้ สารกำมะถันที่เหลือค้างไว้และออกซิเจนที่ละลายอยู่ยังเพิ่มความเป็นกรดแบบออกซิไดซ์อีกด้วย
การโจมตีทางกายภาพทับซ้อนกับปฏิกิริยาเคมี ของแข็งเช่นหินปูนและยิปซัมทำให้พื้นผิวสึกกร่อน และสารผสมแบบไหล (slurry) ที่เคลื่อนผ่านหัวฉีด หัวพ่น และท่อหมุนเวียนกัดเซาะฟิล์มป้องกัน จุดที่แย่ที่สุดคือบริเวณรอยต่อระหว่างสภาพเปียกกับแห้ง เช่น บริเวณทางเข้า ซึ่งก๊าซร้อนปะทะกับของเหลวครั้งแรก และการระเหยทำให้คลอไรด์และกรดเข้มข้นขึ้นจนกลายเป็นฟิล์มที่รุนแรงมาก แม้วัสดุที่มีโลหะผสมสูงก็อาจเกิดหลุมกัดกร่อนได้ อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างมากตั้งแต่ร้อนจัดที่บริเวณทางเข้า ไปจนถึงใกล้เคียงอุณหภูมิห้องที่ท่อปล่อยออก ดังนั้นกลไกการกัดกร่อนจึงเปลี่ยนไปตามแนวการไหล

เหตุใดเกรดมาตรฐานจึงไม่เพียงพอ
คุณประเมินความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบเกิดหลุม (pitting) ของเหล็กกล้าออสเทนนิติกหรือดูเพล็กซ์ โดยใช้ค่า PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ซึ่งคำนวณโดยประมาณจากสูตร โครเมียม บวก 3.3 เท่าของโมลิบดีนัม บวก 16 เท่าของไนโตรเจน ค่า PREN ที่สูงกว่า หมายความว่า เหล็กกล้านั้นสามารถทนต่อระดับคลอไรด์ที่สูงขึ้นและค่า pH ที่ต่ำลงก่อนจะเริ่มเกิดหลุมกัดกร่อน

เหล็กกล้าสแตนเลสเกรด 316L ซึ่งมีค่า PREN ประมาณ 25 สามารถทนต่อระดับคลอไรด์ได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น และเกิดการกัดกร่อนแบบจุด (pitting) อย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับสารละลาย FGD ที่เข้มข้น จึงถูกใช้เฉพาะในโซนที่มีสภาพกัดกร่อนอ่อนที่สุดเท่านั้น เกรด 317L ซึ่งมีโมลิบดีนัมเพิ่มขึ้น ช่วยขยายขอบเขตการใช้งานออกไปเล็กน้อย ขณะที่เหล็กกล้าสแตนเลสแบบดูเพล็กซ์เกรด 2205 ให้ทั้งค่า PREN ที่สูงขึ้นและแรงดึงที่เหนือกว่าเกรด 316L ประมาณสองเท่า ทำให้สามารถใช้ท่อหรือชิ้นส่วนที่บางลงแต่แข็งแรงขึ้นได้ทั้งในระบบส่งสารแขวนลอยและส่วนประกอบภายในตัวดูดซับ ส่วนในกรณีที่ระดับคลอไรด์สูงขึ้นจนถึงหลายหมื่น ppm พร้อมกับค่า pH ที่ลดต่ำลง วัสดุเพียงสองชนิดเท่านั้นที่ยังคงทนทานต่อการกัดกร่อนแบบจุดและการกัดกร่อนตามร่อง (crevice attack) ได้อย่างเชื่อถือได้ คือ เหล็กกล้าสแตนเลสออสเทนิติกขั้นสูงเกรด 6Mo และเหล็กกล้าสแตนเลสแบบซูเปอร์ดูเพล็กซ์เกรด 2507

โซนวัสดุต่าง ๆ ภายในระบบทั้งหมด
ระบบ FGD ควรพิจารณาเป็นชุดของสภาวะแวดล้อมที่ต่างกัน โซนทางเข้าและโซนฉีดน้ำเย็น (quench zone) ซึ่งเป็นบริเวณรอยต่อระหว่างสภาพแวดล้อมเปียก-แห้ง มีก๊าซร้อน กรดควบแน่น และคลอไรด์ที่เข้มข้น ถือเป็นส่วนที่มีความรุนแรงที่สุด โดยทั่วไปจึงใช้วัสดุเกรดซูเปอร์ออสเทนิติกที่มีโมลิบดีนัม 6% หรือโครงสร้างแบบบุภายใน (lined construction) สำหรับภาชนะดูดซับ (absorber vessel) และชิ้นส่วนภายใน หัวฉีดพ่นสารละลาย (spray headers) และท่อหมุนเวียนสารละลาย (recycle piping) จะสัมผัสกับสารเลื่อน (slurry) ที่มีคลอไรด์สูง มีฤทธิ์กัดกร่อนเชิงกล และมีอุณหภูมิปานกลาง จึงมักใช้เหล็กกล้าดูเพล็กซ์เกรด 2205 หรือวัสดุซูเปอร์ออสเทนิติก ท่อหมุนเวียนและท่อระบายน้ำสารเลื่อน (slurry recycle and bleed piping) ซึ่งเผชิญกับการกัดกร่อนจากการกัดเซาะ (erosion-corrosion) จะได้ประโยชน์จากความแข็งแรงสูงและค่า PREN ของวัสดุเกรดดูเพล็กซ์ บริเวณท่อปล่อยออก (outlet duct) และแผ่นกำจัดละอองฝอย (mist eliminator) มีอุณหภูมิต่ำกว่า และโดยทั่วไปมีคลอไรด์ต่ำกว่า แต่ยังคงเปียกและมีความเป็นกรด จึงอาจใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 317L หรือดูเพล็กซ์ ขึ้นอยู่กับสภาวะเฉพาะในพื้นที่นั้น ส่วนท่อปล่อยที่ผ่านการให้ความร้อนซ้ำ (reheated) หรือท่อที่อยู่ตอนปลายซึ่งแห้งกว่า จะมีสภาวะรุนแรงน้อยลง จึงสามารถใช้วัสดุเกรดต่ำกว่าได้
เนื่องจากแต่ละโซนต่างกัน โลหะผสมชนิดเดียวจึงมักไม่เหมาะสมสำหรับระบบทั้งระบบ การเลือกใช้โลหะผสมที่มีคุณสมบัติสูงเกินความจำเป็นทั่วทั้งระบบจะทำให้สิ้นเปลืองงบประมาณ ในขณะที่การเลือกใช้โลหะผสมที่มีคุณสมบัติต่ำเกินไปบริเวณทางเข้าหรือตัวดูดซับจะเพิ่มความเสี่ยงต่อความล้มเหลว การวิเคราะห์ความเข้มข้นของคลอไรด์ ค่า pH อุณหภูมิ และการสึกกร่อนในแต่ละตำแหน่งอย่างเป็นระบบจึงเป็นวิธีที่ถูกต้องในการเลือกโลหะผสม

รอยแยก รอยเชื่อม และกระบวนการผลิต
แม้โลหะผสมที่เหมาะสมที่สุดก็อาจเสื่อมสภาพก่อนกำหนด หากไม่ใส่ใจกับรอยแยกและรอยเชื่อม ซีลแบบปิดผนึก รอยต่อแบบยึดด้วยสกรู คราบสิ่งสกปรกสะสม และรอยเชื่อมที่ไม่ทะลุผ่านทั้งชิ้นงาน จะก่อให้เกิดรอยแยกที่คลอไรด์สามารถเข้มข้นตัวได้ และนำไปสู่การกัดกร่อนแบบจุด (pitting) ที่ระดับต่ำกว่าความสามารถในการทนต่อการกัดกร่อนของวัสดุโดยรวม การออกแบบจึงควรลดจำนวนรอยแยกให้น้อยที่สุด เลือกใช้รอยเชื่อมแบบทะลุผ่านทั้งชิ้นงาน และจัดให้มีระบบระบายน้ำอย่างเหมาะสม เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุแข็งตกค้างสะสม
การผสมต้องป้องกันความทนทานต่อการกัดกร่อน สําหรับเกรดแบบ duplex การนําความร้อนเข้าอย่างควบคุมและเครื่องเติมที่ถูกต้อง จะรักษาความสมดุลระหว่างฟีริต-ออสเตนไท และหลีกเลี่ยงช่วงการเปล่งตัว; สําหรับซูเปรอสเตนไท สารเติมที่ใช้เนื้อหานิเคิล การตัดสีจากความร้อน และผิวต้องถูกปรับปรุงใหม่ เพราะพื้นที่ผสมที่ขาดโครมัม เป็นพื้นที่ที่น้ํายา FGD จะไปก่อน การระบุวัสดุอย่างถูกต้องบนท่อและอุปกรณ์ติดตั้งที่เข้าหลอด ช่วยป้องกันความผิดพลาดที่แพงของการลงจอดในพื้นที่ที่มีคลอริดสูง

เหตุ ผล ที่ การ ปรับปรุง อุปกรณ์ ที่ ดี ขึ้น มัก จะ จําเป็น
ระบบ FGD จำนวนมากถูกสร้างขึ้นในตอนแรกโดยใช้วัสดุบุผิวหรือสแตนเลสเกรดต่ำกว่า แล้วจึงมีการปรับปรุงให้ดีขึ้นเมื่อระดับคลอไรด์ในเชื้อเพลิงเพิ่มสูงขึ้น การเปลี่ยนแปลงภาระงานทำให้เกิดการควบแน่นมากขึ้น หรือเมื่อวัสดุบุผิวเสียหายจนเปิดเผยพื้นผิวฐานออกมา ถ่านหินที่มีคลอไรด์สูงขึ้น การนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ซึ่งทำให้เกลือเข้มข้นขึ้น และข้อกำหนดด้านการปล่อยมลพิษที่เข้มงวดขึ้นซึ่งเพิ่มขั้นตอนแบบเปียกเข้าไป ล้วนส่งผลให้สภาพแวดล้อมภายในระบบมีแนวโน้มจำเป็นต้องใช้อะลลอยด์ที่มีค่า PREN สูงขึ้น การอัปเกรดไปใช้อะลลอยด์เกรดดูเพล็กซ์หรือซูเปอร์ออสเทนิติกช่วยลดความหนาของผนังได้จากความแข็งแรงที่สูงขึ้น ลดระยะเวลาหยุดซ่อมบำรุง และยืดอายุการใช้งาน ซึ่งมักคุ้มค่ากับต้นทุนอะลลอยด์ที่สูงกว่าเมื่อพิจารณาตลอดอายุการใช้งานที่เหลือของโรงไฟฟ้า

คำแนะนำเชิงปฏิบัติ
เลือกวัสดุสำหรับระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (FGD) ตามโซน โดยพิจารณาจากความเข้มข้นของคลอไรด์ ค่า pH อุณหภูมิ และการสึกกร่อน โดยใช้ค่า PREN เป็นแนวทางเบื้องต้นในการคัดกรอง: เหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L ใช้ได้เฉพาะในพื้นที่ที่มีสภาวะรุนแรงน้อยเท่านั้น; เกรด 317L และดูเพล็กซ์ 2205 เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีคลอไรด์ระดับปานกลางถึงสูง; ส่วนบริเวณทางเข้า ห้องดูดซับ และส่วนที่มีสารละลายเข้มข้น ควรใช้เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดซูเปอร์ออสเทนิติกเกรด 6Mo หรือดูเพล็กซ์ชนิดซูเปอร์เกรด 2507 หลีกเลี่ยงรอยต่อที่อาจกักเก็บสิ่งสกปรก ใช้วัสดุเชื่อมที่เหมาะสม และกำจัดคราบสีจากการให้ความร้อนอย่างสมบูรณ์ บริษัทเหวินเฉียงจัดจำหน่ายท่อ ท่อแบบไม่มีตะเข็บ และข้อต่อที่ผลิตจากวัสดุ 316L, 317L, ดูเพล็กซ์ 2205 และดูเพล็กซ์ชนิดซูเปอร์เกรด 2507/S32750 พร้อมใบรับรองการตรวจสอบองค์ประกอบด้วยเครื่อง PMI การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี การทดสอบสมบัติเชิงกล และการทดสอบความต้านทานการกัดกร่อน ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกวัสดุโลหะผสมที่ผ่านการรับรองและมีมาตรฐานตรงตามข้อกำหนดสำหรับแต่ละโซนของระบบล้างก๊าซได้อย่างแม่นยำ

คำถามที่พบบ่อย
คำถาม: ทำไมเหล็กกล้าไร้สนิมเกรด 316L มักไม่เพียงพอสำหรับระบบล้างก๊าซ (FGD scrubbers)
คำตอบ: ค่า PREN ของ 316L อยู่ที่ประมาณ 25 ซึ่งสามารถต้านทานคลอไรด์ได้เพียงระดับหนึ่งเท่านั้น ขณะที่สารละลายในระบบ FGD จะทำให้คลอไรด์เข้มข้นขึ้นจนถึงหลายพันหรือหลายหมื่น ppm ที่ค่า pH ต่ำ ส่งผลให้ 316L เกิดการกัดกร่อนแบบจุด (pitting) และการกัดกร่อนบริเวณรอยต่อ (crevice corrosion) อย่างรวดเร็ว ยกเว้นในโซนที่มีสภาวะรุนแรงน้อยที่สุด
คำถาม: ควรเลือกเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับแต่ละโซนของระบบ FGD อย่างไร
ก: ทำแผนที่ความเข้มข้นของคลอไรด์ ค่าพีเอช อุณหภูมิ และการสึกกร่อนสำหรับแต่ละสถานที่ จากนั้นจับคู่ค่า PREN ดังนี้ — ใช้สแตนเลสเกรด 316L สำหรับโซนที่มีความรุนแรงต่ำ ใช้เกรด 317L และดูเพล็กซ์ 2205 สำหรับโซนที่มีคลอไรด์ระดับปานกลางถึงสูง และใช้เกรดซูเปอร์ออสเทนิติก 6Mo หรือซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2507 สำหรับบริเวณที่มีความรุนแรงสูง เช่น บริเวณทางเข้า หอดูดซับ และสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง

สำหรับท่อ ท่อกลม และข้อต่อสแตนเลสเกรด FGD ที่ผลิตจากวัสดุ 316L, 317L, 2205 และ 2507 พร้อมใบรับรองการตรวจสอบองค์ประกอบโลหะ (PMI) แบบเต็มรูปแบบและการทดสอบการกัดกร่อน โปรดติดต่อ Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. ที่ +86 577 8922 2595 https://www.chinawqsteel.com/