কোন ধাতুর পাইপ বিদ্যুৎ শিল্পে উচ্চ তাপমাত্রা প্রতিরোধ করে?

আধুনিক বিদ্যুৎ উৎপাদনে উচ্চ-তাপমাত্রা খাদ পাইপ কেন অপরিহার্য

বৃদ্ধি পাওয়া স্টিম প্যারামিটার এবং উপাদান ক্ষয়ের চ্যালেঞ্জ

আজকের বিদ্যুৎ উৎপাদন সুবিধাগুলি 600 থেকে 650 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় এবং 30 মেগাপাসকালের বেশি চাপে স্টিম বয়লার চালানোর মাধ্যমে তাদের কর্মক্ষমতা বাড়ায়। এই চরম অবস্থার কারণে সাধারণ কার্বন ইস্পাত পাইপিং সিস্টেমগুলির উপর গুরুতর প্রভাব পড়ে, কারণ অক্সিডেশন এবং অভ্যন্তরীণ গঠনের পরিবর্তনের কারণে সেগুলি দ্রুত ভেঙে পড়ে। এখানেই ক্রোমিয়াম মলিবডেনাম খাদগুলির ভূমিকা আসে। এই বিশেষ উপকরণগুলি ক্রোমিয়াম ট্রাইঅক্সাইড দিয়ে তৈরি সুরক্ষামূলক অক্সাইড স্তর তৈরি করে যা সময়ের সাথে সাথে নিজে থেকেই মেরামত হয়। P91 ইস্পাতকে উদাহরণ হিসাবে নেওয়া যাক, যাতে প্রায় 8 থেকে 9.5 শতাংশ ক্রোমিয়াম থাকে এবং এটি 600 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায় অবিরত কাজ করতে পারে, যা সাধারণ কার্বন ইস্পাত করতে পারে না, কারণ তা দ্রুত ক্ষয় হয়ে যায় এবং তার শক্তি হারায়। শিল্প তথ্য থেকে দেখা যায় যে যেখানে এই বিশেষ খাদগুলি ব্যবহার করা হয় না, সেখানে টার্বাইনগুলির প্রায় 30 শতাংশ বেশি অপ্রত্যাশিত রক্ষণাবেক্ষণ সমস্যা দেখা দেয়, যা অবশ্যই পরিচালন খরচ এবং বন্ধ থাকার সময়কে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে।

প্রধান ব্যর্থতার ধরন: ক্রিপ, জারণ এবং তাপীয় ক্লান্তি

উচ্চ-তাপমাত্রার খাদ পাইপ উদ্ভিদের উপলব্ধি ও নিরাপত্তাকে হুমকির মুখে ফেলে এমন তিনটি সম্পর্কিত ব্যর্থতা প্রতিরোধ করে:

• ক্রিপ বিকৃতি : ধ্রুব চাপ এবং তাপমাত্রার অধীনে, পাইপের দেয়াল ধীরে ধীরে পাতলা হয়। ASME B31.1-2023 তথ্য অনুসারে, P92-এর মতো ভ্যানেডিয়াম- এবং নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ গ্রেডগুলি আগের উপকরণগুলির তুলনায় দীর্ঘমেয়াদী ক্রিপ হার 60% কমিয়ে দেয়।
• অক্সিডেশন : পাইপের পৃষ্ঠের সাথে স্টিমের বিক্রিয়ায় ভঙ্গুর, ছিটকে পড়া স্কেল তৈরি হয় যা দেয়ালের ক্ষয়কে ত্বরান্বিত করে। ক্রোমিয়াম-সমৃদ্ধ খাদগুলি আসঞ্জনশীল CrO বাধা তৈরি করে, উপকরণের ক্ষয় 80% পর্যন্ত কমিয়ে দেয়।
• তাপীয় ক্লান্তি : পুনরাবৃত্তিমূলক তাপ এবং শীতলীকরণ ওয়েল্ড এবং বাঁকগুলিতে সূক্ষ্ম ফাটল তৈরি করে। ইনকনেল 625-সহ নিকেল-ভিত্তিক খাদগুলি ঘনীভূত সৌর শক্তি (CSP) অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে 10,000 এর বেশি তাপীয় চক্রের মধ্যে প্রমাণিত স্থিতিস্থাপকতা দেখিয়েছে।

সমষ্টিগতভাবে, এই ধরনের অনিয়ন্ত্রিত ব্যর্থতা অপ্রত্যাশিত বন্ধের কারণ হয়, যার জন্য প্রতি দিন বিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি প্রায় 740,000 ডলার ক্ষতির সম্মুখীন হয়, পনমন ইনস্টিটিউটের মতে।

ক্রোমোলি অ্যালয় পাইপ (P11–P92): শক্তি, খরচ এবং নির্ভরযোগ্যতার মধ্যে ভারসাম্য

P22 থেকে P91/P92-এর বিবর্তন: 600–650°C তাপমাত্রায় ক্রিপ শক্তি লাভ

যখন তাপীয় দক্ষতা বাড়াতে স্টিমের তাপমাত্রা বাড়ে, তখন 2.25% ক্রোমিয়াম এবং 1% মলিবডেনাম সহ আগের P22 ইস্পাত 565 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি একটি সীমায় পৌঁছে যায়। সেই তাপমাত্রায় চাপ সহ্য করার তার ক্ষমতা হঠাৎ কমে যায়, P91 এবং P92-এর মতো নতুন অ্যালয়গুলির তুলনায় প্রায় 40% কম। আসল ভাঙন ঘটে মাইক্রোঅ্যালয়িং প্রযুক্তির সাহায্যে। উদাহরণস্বরূপ, P91-এর টেম্পারড মার্টেনসাইট গঠনে ভ্যানাডিয়াম এবং নিওবিয়াম দিয়ে তৈরি ক্ষুদ্র MX কার্বোনাইট্রাইড কণা থেকে অতিরিক্ত শক্তি পায়। এটি 600°C তাপমাত্রায় পুরানো P22-এর তুলনায় প্রায় 35% ভালো চাপ সহ্য করার ক্ষমতা দেয়। তারপর P92, যা মলিবডেনামের পরিবর্তে টাংস্টেন যোগ করে (প্রায় 1.8% টাংস্টেন 0.5% মলিবডেনামের সাথে মিশ্রিত)। এই পরিবর্তনটি 650°C পর্যন্ত নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করার অনুমতি দেয় এবং P91-এর তুলনায় 20% বেশি ক্রিপ প্রতিরোধের সক্ষমতা প্রদান করে।

অ্যালয় পাইপ সিস্টেমের জন্য ASTM A335 অনুগতি এবং ASME B31.1 ডিজাইন বিবেচনা

উপাদান নির্বাচন করা অবশ্যই কঠোর শিল্প মানের সাথে মিলে যাবে। উদাহরণস্বরূপ ASTM A335, এটি সিমলেস ফেরিটিক অ্যালয় পাইপগুলির গঠন, তাদের তাপীয় চিকিত্সার পদ্ধতি এবং তাদের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্ধারণ করে। এই স্পেসিফিকেশনগুলি খুবই নির্দিষ্ট। P91 ইস্পাতের ক্ষেত্রে, ক্রোমিয়ামের পরিমাণ 8.0 থেকে 9.5 শতাংশের মধ্যে এবং মলিবডেনামের পরিমাণ 0.85 থেকে 1.05 শতাংশের মধ্যে থাকা আবশ্যিক। এই ধরনের সিস্টেম ডিজাইন করার সময়, প্রকৌশলীরা ASME B31.1 নির্দেশিকা অনুসরণ করেন যা তাপমাত্রার উপর ভিত্তি করে চাপের সীমা নির্ধারণ করে। প্রায় 600 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রায়, P91 সাধারণ কার্বন ইস্পাতের তুলনায় প্রায় 2.3 গুণ বেশি চাপ সহ্য করতে পারে। আরেকটি বিষয় যা ডিজাইনারদের বিবেচনা করা উচিত তা হল ক্রোমোলি উত্তপ্ত হওয়ার সময় কম প্রসারিত হয়। উচ্চ তাপমাত্রায় কার্বন ইস্পাতের তুলনায় প্রায় 15 শতাংশ কম প্রসারণ পাইপের সাপোর্টগুলিতে চাপ কমাতে এবং পাইপের আঙ্কার ও বাঁকগুলিতে সমস্যা কমাতে সাহায্য করে। প্রতিটি সম্পূর্ণ সিস্টেমকে ASME সেকশন I অনুযায়ী হাইড্রোস্ট্যাটিক চাপ পরীক্ষার মাধ্যমে পরীক্ষা করা হয়। এই পরীক্ষাগুলি স্বাভাবিক পরিচালন চাপের 1.5 গুণ চাপ প্রয়োগ করে যাতে নিশ্চিত করা যায় যে বাস্তব পরিস্থিতিতে সবকিছু সঠিকভাবে কাজ করছে।

চরম পরিবেশের জন্য নিকেল-ভিত্তিক মিশ্র ধাতুর পাইপ: ইনকোনেল, ইনকোলয় এবং হাস্টেলয়

অপচয় থেকে শক্তি এবং CSP কেন্দ্রগুলিতে সালফাইডেশন এবং গলিত লবণের ক্ষয় প্রতিরোধ

অপচয় থেকে শক্তি উৎপাদন কেন্দ্র এবং ঘনীভূত সৌর শক্তি (CSP) স্থাপনাগুলিতে যেখানে তীব্র রাসায়নিক আক্রমণের সম্মুখীন হতে হয়, সেখানে সাধারণ মিশ্র ধাতুগুলি কার্যকর হয় না। সালফারযুক্ত ধোঁয়া গ্যাসগুলি দ্রুত সালফাইডেশনের সমস্যা তৈরি করে, এবং 600 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি তাপমাত্রায় গলিত নাইট্রেট লবণগুলি উপকরণগুলিকে খুব দ্রুত ক্ষয় করে ফেলে এবং উপাদানগুলিকে ভঙ্গুর করে তোলে। এই কারণে প্রকৌশলীরা ইনকোনেল, ইনকোলয় এবং হাস্টেলয়ের মতো নিকেল-ভিত্তিক উপকরণগুলির দিকে ঝুঁকেন। এদের মধ্যে 60% এর বেশি নিকেল থাকে যা উচ্চ তাপমাত্রায় ধাতব গঠনকে স্থিতিশীল রাখতে সাহায্য করে। এছাড়াও অক্সিডেশন এবং সালফাইডেশন প্রতিরোধের জন্য ক্রোমিয়াম এবং ক্লোরাইড ও সালফেট দ্বারা তৈরি গর্তের বিরুদ্ধে অতিরিক্ত সুরক্ষার জন্য মলিবডেনাম যোগ করা হয়।

উদাহরণস্বরূপ, হ্যাস্টেলয় সি-২৭৬ ইনসিনারেটর সুপারহিটার টিউবগুলিতে স্টেইনলেস ইস্পাতের তুলনায় সালফাইডেশনের হার 90% পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। সিএসপি কারখানাগুলিতে, গলিত নাইট্রেট লবণে 10,000 ঘন্টা পরও ইনকনেল 625 এর টেনসাইল শক্তি 500 MPa এর বেশি থাকে—যেখানে কার্বন বা ক্রোমোলি ইস্পাতের প্রতি 12–18 মাসে পরিবর্তন প্রয়োজন হত, সেখানে অব্যাহতভাবে ও নিরাপদে কাজ করার সুবিধা দেয়।

FAQ

1. আধুনিক বিদ্যুৎ উৎপাদনে উচ্চ-তাপমাত্রার খাদ পাইপগুলি কেন অপরিহার্য?
উচ্চ-তাপমাত্রার খাদ পাইপগুলি অপরিহার্য কারণ এগুলি বিদ্যুৎ উৎপাদনে পাওয়া চরম তাপমাত্রা এবং চাপ সহ্য করতে পারে, যা অপ্রত্যাশিত রক্ষণাবেক্ষণ এবং বন্ধ সময়কে কমিয়ে দেয়।

2. জারণ থেকে রক্ষা পাওয়ার জন্য ক্রোমিয়াম মলিবডেনাম খাদ কীভাবে সাহায্য করে?
ক্রোমিয়াম মলিবডেনাম খাদগুলি মূলত ক্রোমিয়াম ট্রাইঅক্সাইড দিয়ে তৈরি স্ব-নিরাময়কারী অক্সাইড স্তর তৈরি করে, যা জারণ কমায় এবং পাইপের আয়ু বাড়ায়।

3. উচ্চ-তাপমাত্রার খাদ পাইপগুলি কোন প্রধান ব্যর্থতার মোকাবিলা করে?
এগুলি ক্রিপ বিকৃতি, জারাধর্মী ক্ষতি এবং তাপীয় ক্লান্তি মোকাবেলা করে, উদ্ভিদের নিরাপত্তা এবং দক্ষতা নিশ্চিত করে।

4. উচ্চ তাপমাত্রার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য P91 ইস্পাত কেন পছন্দ করা হয়?
P91 ইস্পাত উচ্চ ক্রোমিয়াম সামগ্রীর কারণে পছন্দ করা হয়, যা উচ্চ তাপমাত্রায় চাপ পরিচালনা এবং ক্রিপের প্রতি প্রতিরোধের ক্ষেত্রে ভালো কর্মক্ষমতা প্রদান করে।