การวิเคราะห์ความเสียหายของท่อลำเลียงแก๊สไฮโดรเจน
ที่มา
โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งตรวจพบรอยร้าวบนผนังท่อเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้ลำเลียงแก๊สที่มีไฮโดรเจนเป็นส่วนผสมหลักหลังจากการติดตั้งและใช้งานมาแล้วประมาณ 21 เดือน ส่งผลให้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนรั่วและเกิดไฟไหม้ เหตุการณ์ดังกล่าวทำให้หน่วยกลั่นน้ำมัน 4 หน่วยต้องหยุดทำงานเป็นระยะเวลา 18 วัน ส่งผลกระทบทางเศรษฐกิจคิดเป็นมูลค่าเกือบ 800 ล้านบาทต่อปี บริษัทจึงติดต่อทีมวิจัยการวิเคราะห์ความเสียหายและเทคโนโลยีการกัดกร่อนให้ช่วยหาสาเหตุ เนื่องจากโรงกลั่นน้ำมันต้องปรับปรุงความปลอดภัยในระดับสูงเพื่อป้องกันการเกิดเหตุรุนแรงซ้ำ
เป้าหมาย
วิเคราะห์ท่อที่ระเบิดด้วยวิธีทางโลหะวิทยาเพื่อให้ได้ข้อมูลที่เพียงพอสำหรับการแก้ปัญหา
ทีมวิจัยทำอย่างไร
- ตรวจสอบความเสียหายที่หน้างานร่วมกับเจ้าหน้าที่ของบริษัท
- วิเคราะห์ความเสียหาย เพื่อหาสาเหตุการระเบิดของท่อด้วยการตรวจสอบลักษณะทางกายภาพ การวัดความหนา การตรวจสอบผิวหน้าแตกหัก การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาค การตรวจสอบผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน การตรวจสอบส่วนผสมทางเคมี และการศึกษาการแพร่ของไฮโดรเจนด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลข
ผลงานวิจัย
การแตกและระเบิดของท่อเหล็กกล้าไร้สนิมไร้ตะเข็บเกิดจากกลไกการแตกร้าวจากการช่วยของไฮโดรเจน (Hydrogen Assisted Cracking, HAC) เนื่องจากการแพร่ของไฮโดรเจนไปตามแถบการเลื่อน (slip bands) จุดบกพร่องดังกล่าวตรวจพบปริมาณมากในเฟสออสเทนไนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่อยู่ใต้พื้นผิวผนังด้านนอกของท่อ ในขณะเดียวกันยังมีผลมาจากการรั้ง (restraint) ที่มีความเข้มข้นสูงในบริเวณที่มีการเชื่อมแบบตัวที (T-joint) ทำให้เกิดความเค้นสามแกนที่สูงขึ้นที่ผิวผนังด้านนอกซึ่งเป็นจุดเริ่มของรอยแตก
การจำลองเพื่อศึกษาการแพร่ของไฮโดรเจนด้วยระเบียบวิธีเชิงตัวเลขแสดงให้เห็นว่ามีความเข้มข้นของไฮโดรเจนอย่างสม่ำเสมอตลอดความหนาของผนังของท่อที่ใช้ระยะเวลามากกว่า 20 เดือน สำหรับการแตกร้าวในขั้นตอนสุดท้ายเกิดจากการรับแรงเกินพิกัดที่มี HAC ที่รุนแรงเป็นปัจจัยเริ่มต้น ซึ่งยืนยันได้จากลักษณะผิวหน้าแตกหักที่ปรากฏให้เห็นเป็นการแตกร้าวตามขอบเกรน (intergranular cracking) และระยะเวลาการแพร่ของไฮโดรเจนที่ได้จากการจำลองพบว่ามีความสัมพันธ์กับระยะการใช้งานจริงของท่อ
สถานภาพงานวิจัย
บริษัทได้ทราบถึงรากของปัญหาและได้นำไปปรับปรุงกระบวนการที่เกี่ยวข้องจนทำให้หน่วยการผลิตมีความต่อเนื่อง ในขณะเดียวกันก็สามารถลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยไม่เกิดการรั่วไหลของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน
นอกจากนี้ทีมวิจัยยังได้ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญจากหน่วยงานกลางของรัฐบาลแห่งสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนีด้านการวิจัยและทดสอบวัสดุ (Federal Institute for Materials Research and Testing/ Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung, BAM) ในการจำลองการแพร่ของไฮโดรเจนจนนำไปสู่การถ่ายทอดความรู้ โดยการตีพิมพ์บทความในวารสารวิชาการต่างประเทศ (E. Viyanit, S. Keawkumsai, K. Wongpinkeaw, N. Bunchoo, W. Khonraeng, T. Trachoo, Th. Boellinghaus. Hydrogen assisted cracking of an AISI 321 stainless steel seamless pipe exposed to hydrogen-containing hot gas at high pressure, Engineering Failure Analysis 2019: 100; 288-299)
แผนงานวิจัยในอนาคต
ทีมวิจัยยังคงมุ่งมั่นในการสั่งสมองค์ความรู้และสนับสนุนภาคอุตสาหกรรมโดยการวิจัย วิเคราะห์ทดสอบเพื่อหารากของปัญหา อันจะนำไปสู่การพัฒนา และแก้ไขปัญหาอย่างยั่งยืนตลอดจนมุ่งเน้นสร้างนวัตกรรมและวิธีการใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการแตกหักและการกัดกร่อนของโลหะ นอกจากนี้ยังนำองค์ความรู้จากการวิจัยและการบริการที่ได้ไปถ่ายทอดสู่สาธารณะ เช่น การบรรยายในการสัมมนา และการเขียนบทความทางวิชาการ เป็นต้น
ทีมวิจัย:
สยาม แก้วคำไสย์, โฆษิต วงค์ปิ่นแก้ว, นิรุช บุญชู, วิษณุพงษ์ คนแรง, ศิริวรรณ อ่วมปาน และ ดร.เอกรัตน์ ไวยนิตย์
ติดต่อ:
สยาม แก้วคำไสย์ (วิศวกรอาวุโส)
กลุ่มวิจัยโลหะและกระบวนการผลิต
โทรศัพท์ 0 2564 6500 ต่อ 4736
อีเมล siamk@mtec.or.th
