Blockdit Logo (Mobile)
Antfield
•
5 พ.ค. 2020 เวลา 14:13 • วิทยาศาสตร์ & เทคโนโลยี
ครั้งแรกในรอบ 30 ปี กับการมีโลหะผสมชนิดใหม่สำหรับใช้งานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ซึ่งโลหะผสมชนิดใหม่นี้สามารถใช้งานได้ถึงอุณหภูมิ 950 องศาเซลเซียสเลยทีเดียว 👍
โลหะผสมชนิดใหม่นี้จะมาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับโรงไฟฟ้า
เป็นเวลากว่า 30 ปี กว่าจะได้มีการเพิ่มโลหะผสมชนิดใหม่เพื่อการออกแบบและใช้งานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เข้าไปในมาตราฐานการออกแบบสากลอย่าง ASME หรือ American Society of Mechanical Engineers
โดยทีมวิจัยจาก Idaho National Laboratory (INL) ประสบความสำเร็จในการขอเพิ่มโลหะผสม Alloy 617 เข้าไปใน ASME Code
นั่นหมายความว่าในอนาคตผู้ผลิตอุปกรณ์สำหรับใช้งานในโรงไฟฟ้าสามารถผลิตอุปกรณ์ด้วยวัสดุ Alloy 617 ซึ่งมีช่วงอุณหภูมิใช้งานสูงกว่าเดิมถึง 200 องศาเซลเซียส
ท่อและวาล์วในโรงไฟฟ้าต้องใช้งานกับไอน้ำอุณหภูมิสูงยิ่งยวด (Ultra Super Critical)
และทำให้ผู้ออกแบบสามารถสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นจากการที่สามารถออกแบบวัฏจักรความร้อนที่มีอุณหภูมิทำงานสูงขึ้นได้
ทั้งนี้การทำงานตามวัฏจักรความร้อนยิ่งอุณหภูมิทำงานของวัฏจักรสูงได้มากเท่าไหร่ก็จะมีประสิทธิภาพของการทำงานจะมากขึ้นเท่านั้น
ซึ่งข้อจำกัดของวัสดุที่มีอยู่ในปัจจุบันได้กลายเป็นข้อจำกัดของการเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้านั่นเอง
การทำงานของวัฏจักรแรงกิ้นในโรงไฟฟ้าพลังความร้อน อย่างเช่น โรงไฟฟ้าถ่านหิน
ทั้งนี้กว่าจะได้โลหะผสมชนิดใหม่นี้มาใช้งานก็ต้องใช้เวลากว่า 12 ปีและทุนวิจัยกว่า 15 ล้านเหรียญสหรัฐฯ จากกระทรวงพลังงาน
โดย Alloy 617 เป็นโลหะผสมที่เกิดจากการใส่ส่วนผสมของ นิเกิล โครเมี่ยม โคบอลและโมลิดินั่มเข้าไปในเนื้อเหล็ก
ซึ่งในตระกูล Alloy 617 ยังมี 617B and Alloy 617occ ซึ่งผสมโบรอนเพิ่มเข้าไปเพื่อช่วยป้องกันความเสียหายจากการคืบ (creep rupture)
** การคืบ คือรูปแบบความเสียหายของวัสดุที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของวัสดุภายใต้แรงเค้น วัสดุจะมีโอกาสเสียหายจากการคืบมากขึ้นตามอุณหภูมิใช้งานที่สูงขึ้น **
2
ภาพขายโครงสร้างเนื้อโลหะหลังจากทดสอบความล้าของวัสดุ (Fatigue Test)
และกว่าที่ ASME จะยอมรับวัสดุใหม่เข้าไปใช้ในการออกแบบตามมาตราฐานได้นั้น ต้องมีการเก็บข้อมูลการใช้งานอย่างน้อย 1 ใน 3 ของระยะเวลาที่ตั้งใจจะใช้งาน
นั่นคือถ้าตั้งใจใช้งานวัสดุนั้น 1 แสนชั่วโมงหรือ 11.4 ปี นักวิจัยจะต้องเก็บข้อมูลการใช้งานอย่างน้อย 33,000 ชั่วโมง หรือ 3.75 ปี
ก่อนที่จะส่งข้อมูลที่เผื่อค่าการออกแบบ (Conservative) ให้คณะกรรมการพิจารณา ซึ่งต้องตอบคำถามคณะกรรมการ มีการทดสอบซ้ำจากห้องแลปอื่น รวมถึงทดสอบใช้งานจากเหล่าสมาคมอุตสาหกรรม ก่อนจะได้รับความเห็นชอบซึ่งขั้นตอนนี้ก็กินเวลาอีก 3 ปี
การทดสอบความแข็งแรงและคุณสมบัติอื่น ๆ ของ Alloy 617 ในห้องปฏิบัติการของ INL
Alloy 617 นั้นสามารถใช้งานได้จนถึงอุณหภูมิสูงถึง 950 องศาเซลเซียส ซึ่งไม่ใช่แค่ใช้งานกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในปัจจุบัน แต่ยังรวมถึงการใช้งานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เตาปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลวในอนาคตด้วย (molten salt reactors)
ซึ่งเตาปฏิกรณ์แบบเกลือหลอมเหลวนี้เป็นเตารูปแบบใหม่ที่ใช้เขื้อเพลิงทอเรียม ที่มีความปลอดภัยสูงและผลกระทบเรื่องการจัดการกากเชื้อเพลิงน้อยกว่าเตาเชื้อเพลิงยูเรเนียม
Alloy 617 นี้ยังสามารถเป็นตัวเลือกในการใช้งานสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แบบฟิวชั่นได้อีก ด้วยช่วยอุณหภูมิใช้งานที่กว้าง
ก่อนหน้านี้โลหะที่มีให้เลือกใช้ตามมาตราฐาน ASME มีอุณหภูมิใช้งานสูงสุดได้ถึง 750 องศาเซลเซียส
ดังนั้นการเพิ่มโลหะผสมตระกูล 617 เข้าไปในมาตราฐานการออกแบบนี้ ทำให้ผู้ออกแบบและก่อสร้างโรงไฟฟ้ามีตัวเลือกวัสดุสำหรับออกแบบโรงไฟฟ้าประสิทธิภาพสูงมากขึ้นถึง 20% เลยทีเดียว
เรียกได้ว่าเป็นการผ่าทางตันการออกแบบโรงไฟฟ้ารวมถึงอุตสาหกรรมในอนาคตเลยก็ว่าได้ เพราะกว่า 30 ปีแล้ว ที่เราติดเพดานอุณหภูมิการออกแบบไว้ที่ 750 องศาเซลเซียส 😔

ดูเพิ่มเติมในซีรีส์

โฆษณา