ऊर्जा उद्योग में कौन से मिश्र धातु पाइप उच्च तापमान का प्रतिरोध करते हैं?

आधुनिक बिजली उत्पादन में उच्च-तापमान मिश्र धातु पाइप क्यों महत्वपूर्ण हैं

बढ़ते भाप पैरामीटर और सामग्री अपक्षय चुनौतियाँ

आज की बिजली उत्पादन सुविधाएँ 600 से 650 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर और 30 मेगापास्कल से अधिक दबाव वाले भाप बॉयलर चलाकर अपने प्रदर्शन में वृद्धि करती हैं। इन चरम परिस्थितियों का सामान्य कार्बन स्टील पाइपिंग प्रणालियों पर गंभीर प्रभाव पड़ता है क्योंकि ऑक्सीकरण प्रभावों और आंतरिक संरचना में परिवर्तन के कारण वे जल्दी टूटने लगते हैं। यहीं पर क्रोमियम मॉलिब्डेनम मिश्र धातुएँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। ये विशेष सामग्री क्रोमियम ट्राइऑक्साइड से बनी सुरक्षात्मक ऑक्साइड परतें बनाती हैं जो समय के साथ स्वयं को ठीक कर लेती हैं। P91 स्टील को उदाहरण के तौर पर लें, जिसमें लगभग 8 से 9.5 प्रतिशत क्रोमियम होता है और जो निरंतर 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संचालन सहन कर सकती है, जबकि सामान्य कार्बन स्टील बिना तेजी से खराब हुए और अपनी ताकत खोए ऐसा करने में असमर्थ होती है। उद्योग आंकड़े दिखाते हैं कि जब संयंत्र इन विशिष्ट मिश्र धातुओं का उपयोग नहीं करते, तो टर्बाइनों में लगभग 30 प्रतिशत अधिक अप्रत्याशित रखरखाव समस्याएँ होती हैं, जिसका स्पष्ट रूप से संचालन लागत और बंद अवधि पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

प्रमुख विफलता मोड: क्रीप, ऑक्सीकरण और तापीय थकान

उच्च-तापमान मिश्र धातु पाइप संयंत्र की उपलब्धता और सुरक्षा को खतरे में डालने वाली तीन परस्पर संबंधित विफलता तंत्रों को कम करते हैं:

• क्रीप विरूपण : निरंतर तनाव और तापमान के तहत, पाइप की दीवारें धीरे-धीरे पतली हो जाती हैं। ASME B31.1-2023 के आंकड़ों के अनुसार, P92 जैसे वैनेडियम-और नाइट्रोजन-सुदृढ़ित ग्रेड पुरानी सामग्री की तुलना में दीर्घकालिक क्रीप दर में 60% तक की कमी करते हैं।
• ऑक्सीकरण : भाप पाइप की सतहों के साथ प्रतिक्रिया करके भंगुर, छिलके बनाती है जो दीवार के नुकसान को तेज करते हैं। क्रोमियम युक्त मिश्र धातुएं चिपकने वाली CrO बाधाएं बनाती हैं, जो सामग्री के नुकसान को 80% तक कम कर देती हैं।
• तापीय थकान : चक्रीय तापन और ठंडा होने से वेल्ड और बेंड पर सूक्ष्म दरारें उत्पन्न होती हैं। इनकॉनेल 625 सहित निकेल-आधारित मिश्र धातुओं ने सांद्रित सौर ऊर्जा (CSP) अनुप्रयोगों में 10,000 से अधिक तापीय चक्रों में प्रमाणित स्थिरता दिखाई है।

सामूहिक रूप से, इन मोड से होने वाली अनियंत्रित विफलताएं अनियोजित बंदी का कारण बनती हैं, जिससे बिजली संयंत्रों को प्रति दिन अधिकतम 740,000 डॉलर का नुकसान होता है, पोनेमॉन संस्थान के अनुसार।

क्रोमोली मिश्र धातु पाइप (P11–P92): शक्ति, लागत और विश्वसनीयता के बीच संतुलन

P22 से P91/P92 तक का विकास: 600–650°C पर क्रीप प्रतिरोध में वृद्धि

जब थर्मोडायनामिक दक्षता बढ़ाने के लिए भाप के तापमान में वृद्धि होती है, तो पारंपरिक P22 इस्पात (जिसमें 2.25% क्रोमियम और 1% मॉलिब्डेनम होता है) लगभग 565 डिग्री सेल्सियस पर सीमा पार कर जाता है। उस बिंदु पर, तनाव सहन करने की इसकी क्षमता नाटकीय ढंग से गिर जाती है, नए मिश्र धातुओं जैसे P91 और P92 की तुलना में लगभग 40% कम हो जाती है। वास्तविक सफलता सूक्ष्म मिश्र धातुकरण तकनीकों के साथ हुई। उदाहरण के लिए P91, जिसकी टेम्पर्ड मार्टेंसाइट संरचना वैनेडियम और नियोबियम के साथ बने सूक्ष्म MX कार्बोनाइट कणों से अतिरिक्त शक्ति प्राप्त करती है। इससे P22 की तुलना में 600°C पर तनाव सहन करने की क्षमता लगभग 35% बेहतर होती है। फिर P92 है, जो मॉलिब्डेनम के स्थान पर टंगस्टन को जोड़कर (लगभग 1.8% टंगस्टन और 0.5% मॉलिब्डेनम के मिश्रण) आगे बढ़ता है। यह परिवर्तन इसे 650°C तक विश्वसनीय रूप से काम करने की अनुमति देता है और P91 की तुलना में क्रीप के प्रति 20% अधिक प्रतिरोध प्रदान करता है।

मिश्र धातु पाइप प्रणालियों के लिए ASTM A335 अनुपालन और ASME B31.1 डिज़ाइन विचार

सामग्री का चयन कठोर उद्योग मानकों के अनुरूप होना चाहिए। उदाहरण के लिए ASTM A335 सीमरहित फेरिटिक मिश्र धातु पाइपों के संघटन, उनके तापीय उपचार और यांत्रिक गुणों को परिभाषित करता है। विशिष्टताएँ काफी विस्तृत होती हैं। P91 इस्पात के लिए, क्रोमियम सामग्री 8.0 से 9.5 प्रतिशत के बीच रहनी चाहिए जबकि मॉलिब्डेनम 0.85 से 1.05 प्रतिशत के बीच होना चाहिए। इन प्रणालियों के डिजाइन करते समय, इंजीनियर ASME B31.1 दिशानिर्देशों का पालन करते हैं जो तापमान कारकों के आधार पर तनाव सीमाओं को निर्धारित करते हैं। लगभग 600 डिग्री सेल्सियस पर, P91 नियमित कार्बन इस्पात की तुलना में लगभग 2.3 गुना अधिक तनाव सहन कर सकता है। डिजाइनरों को यह भी ध्यान में रखना होता है कि क्रोमोली गर्म होने पर कम प्रसारित होता है। उच्च तापमान पर कार्बन इस्पात की तुलना में लगभग 15 प्रतिशत कम प्रसार वास्तव में सहायक संरचनाओं पर तनाव को कम करने और पाइप एंकर तथा मोड़ पर समस्याओं को कम करने में सहायता करता है। प्रत्येक पूर्ण प्रणाली को ASME खंड I के अनुसार आयोजित हाइड्रोस्टैटिक दबाव परीक्षणों से गुजारा जाता है। इन परीक्षणों में सामान्य संचालन दबाव का 1.5 गुना दबाव लगाया जाता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वास्तविक परिस्थितियों में सब कुछ ठीक से काम करे।

अत्यधिक वातावरण के लिए निकेल-आधारित मिश्र धातु पाइप: इंकोनेल, इंकोलॉय और हस्टेलॉय

अपशिष्ट-से-ऊर्जा और सीएसपी संयंत्रों में सल्फ़ाइडीकरण और गलित लवण संक्षारण का प्रतिरोध

अपशिष्ट-से-ऊर्जा संयंत्रों और सांद्रित सौर ऊर्जा (CSP) संस्थापनों में मानक मिश्र धातुएं कठोर रासायनिक हमलों का सामना करने में असफल रहती हैं। सल्फर युक्त धुआं गैसें त्वरित सल्फ़ाइडीकरण की समस्याओं का कारण बनती हैं, और 600 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के गलित नाइट्रेट लवण सामग्री को खा जाते हैं, जिससे संक्षारण और भंगुरता दोनों की समस्याएं उत्पन्न होती हैं। इसीलिए इंजीनियर इंकोनेल, इंकोलॉय और हस्टेलॉय जैसे निकेल आधारित विकल्पों की ओर रुख करते हैं। इनमें 60% से अधिक निकेल होता है जो गर्मी में स्थिर धातु संरचना बनाए रखने में मदद करता है। इनमें ऑक्सीकरण और सल्फ़ाइडीकरण से लड़ने के लिए क्रोमियम भी शामिल होता है, साथ ही कठोर वातावरण में क्लोराइड और सल्फेट द्वारा बने गड्ढों के खिलाफ अतिरिक्त सुरक्षा के लिए मॉलिब्डेनम भी होता है।

उदाहरण के लिए, हैस्टेलॉय C-276 मलिनकुंड अतितापन ट्यूब में मानक स्टेनलेस स्टील की तुलना में सल्फाइडीकरण दर को 90% तक कम कर देता है। CSP संयंत्रों में, मोल्टन नाइट्रेट लवण में 10,000 घंटे के बाद भी इनकोनेल 625 अधिक 500 MPa तन्य शक्ति बनाए रखता है—जहां कार्बन या क्रोमोली स्टील को हर 12–18 महीने में प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता होगी, वहां लगातार और सुरक्षित संचालन की अनुमति देता है।

सामान्य प्रश्न

1. आधुनिक बिजली उत्पादन में उच्च-तापमान मिश्र धातु पाइप को आवश्यक बनाने वाली क्या बात है?
उच्च-तापमान मिश्र धातु पाइप महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे बिजली उत्पादन में पाए जाने वाले चरम भाप के तापमान और दबाव का सामना करते हैं, जिससे अप्रत्याशित रखरखाव और बंदी कम होती है।

2. क्रोमियम मॉलिब्डेनम मिश्र धातु ऑक्सीकरण के खिलाफ सुरक्षा कैसे प्रदान करते हैं?
क्रोमियम मॉलिब्डेनम मिश्र धातु स्व-उपचारी ऑक्साइड परतों का निर्माण करते हैं जो मुख्य रूप से क्रोमियम ट्राइऑक्साइड से बनी होती हैं, जो ऑक्सीकरण को कम करती हैं और पाइप के जीवन को बढ़ाती हैं।

3. उच्च-तापमान मिश्र धातु पाइप द्वारा संबोधित प्रमुख विफलता की स्थितियां क्या हैं?
वे क्रीप विरूपण, ऑक्सीकारक क्षति और तापीय थकान को दूर करते हैं, जिससे संयंत्र की सुरक्षा और दक्षता सुनिश्चित होती है।

4. उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए P91 इस्पात को क्यों प्राथमिकता दी जाती है?
P91 इस्पात को उसकी उच्च क्रोमियम सामग्री के कारण पसंद किया जाता है, जो उच्च तापमान पर तनाव प्रबंधन और क्रीप के प्रति प्रतिरोध में सुधार करती है।