燃氣複循環發電廠使用的合金鋼管，主要是因為在超高溫和高壓的環境下，需要具備優異的耐熱、耐壓和抗蠕變能力。雖然搜尋結果主要聚焦在火力發電，但燃氣複循環發電的熱回收鍋爐（Heat Recovery Steam Generator, HRSG）部分，其材料選擇與超臨界或超超臨界火力發電有許多共通之處，特別是在高溫高壓區。
以下是燃氣複循環電廠常用的合金鋼管類型：
鉻鉬鋼（Cr-Mo Steel）
這類合金鋼是應用最廣泛的管材，因為其在經濟性和性能之間取得了很好的平衡。鉻（Cr）主要提供抗氧化和抗腐蝕的能力，而鉬（Mo）則能提升高溫下的強度和抗蠕變性能。常見的規格如下：
- P11 / T11：鉻含量約 1.25%，鉬含量約 0.5%。常用於較高溫區域。
- P22 / T22：鉻含量約 2.25%，鉬含量約 1.0%。相較於 P11/T11，能承受更高的溫度和壓力。
- P91 / T91：這是一種改良型 9% 鉻鋼，添加了釩（V）和鈮（Nb）等元素。其高溫強度和抗蠕變性能遠優於 P22/T22，是高溫高壓區的主流材料，例如過熱器、再熱器和主蒸汽管。
鎳基合金（Nickel-based Alloy）
當溫度超過 700∘C 時，鎳基合金成為首選材料。這類合金具有優異的耐熱、耐蝕及抗氧化特性，主要用於發電機組中溫度最高的區域。雖然在燃氣複循環電廠中應用較少，但在追求更高效率的先進機組中，可能會在高溫段使用。常見的鎳基合金有 Haynes 230、Inconel 740H 等。
總之，燃氣複循環電廠的熱回收鍋爐部分，根據不同溫度和壓力需求，會使用不同類型的合金鋼。從較低溫到高溫，依序可能從碳鋼過渡到 P11、P22 等鉻鉬鋼，而最高溫和高壓的部分則多採用 P91 這種改良型高強度合金鋼。
ASME的要求?
ASME (美國機械工程師協會) 對燃氣複循環電廠的材料和管線設計有嚴格的規範要求，主要是為了確保高溫高壓環境下的安全與可靠性。其中，最重要的規範是 ASME B31.1 Power Piping，這份標準專門針對發電廠、工業廠房等高壓、高溫的動力管路系統。
以下是 ASME B31.1 規範中關於管路系統的一些核心要求：
- 材料選擇與限制
ASME B31.1 規範會列出各種允許使用的材料及其適用的溫度和壓力限制。這些材料必須符合特定的 ASTM 或 ASME 規格，並且要具備足夠的機械性能，如抗拉強度、屈服強度和抗蠕變能力。
- 許用應力 (Allowable Stress): 規範會提供每種材料在不同溫度下的許用應力值。設計時，管路的應力計算值不能超過這些許用應力，且 ASME B31.1 的安全係數通常設定為 4，比一般化學製程的 ASME B31.3 規範更為嚴格。
- 溫度限制: 規範詳細規定了每種材料的最高使用溫度。例如，鉻鉬鋼（如 P11、P22、P91）的選用，就是依據發電廠中不同部位的實際工作溫度而定，以確保材料在高溫下不會發生蠕變失效。
- 設計與計算
規範提供了詳細的公式和方法，用於計算管壁厚度、彎管設計、支架位置、熱膨脹應力等。
- 管壁厚度計算: 根據內部壓力、管徑、許用應力、腐蝕裕度等參數，計算出所需的最小管壁厚度。
- 熱膨脹分析: 燃氣複循環電廠的管路溫差極大，規範要求必須進行柔性分析 (Flexibility Analysis) 以評估熱膨脹和收縮造成的應力。設計時需考慮安裝膨脹環 (Expansion Loop)、波紋管補償器 (Bellows) 或錨固點 (Anchors)，以吸收位移、避免過度應力。
- 製造、組裝與檢驗
ASME B31.1 對管路的製造和安裝過程也有明確規定，以確保最終產品的品質。
- 焊接程序與焊工資格: 所有焊接工作必須按照規範要求的程序進行，且焊工必須通過資格認證。
- 無損檢測 (NDT): 規範要求進行各種無損檢測，如 X 光檢查 (Radiography)、超音波檢測 (Ultrasonic Testing) 等，以檢查焊道是否有裂紋或其他缺陷。
- 壓力測試: 系統在投入運行前，必須進行壓力測試以驗證其完整性和密封性。最常見的是 水壓試驗 (Hydrostatic Test)，通常要求試驗壓力為設計壓力的 1.5 倍。
總之，ASME B31.1 不僅僅是關於材料的選擇，它是一套完整的規範體系，涵蓋了從設計、選材、製造、檢驗到測試的每一個環節，其目的都是為了保障發電廠在高溫高壓環境下的安全運行。
混氫系統是否要參考ASME B31.12 規範?
是的!混氫系統應該參考 ASME B31.12《氫氣管道與管線》 規範。
雖然燃氣複循環發電廠的主體管線主要參考 ASME B31.1，但當系統中混入氫氣（或任何氫氣含量高於 10% 的氣體混合物）時，由於氫氣的特殊性質，必須考慮其對材料的影響。ASME B31.12 規範就是專門為了解決這個問題而制定的。
為何必須參考 ASME B31.12？
氫氣（Hydrogen）的分子極小，在高壓下會滲透到金屬材料中，導致一種稱為「氫脆 (Hydrogen Embrittlement)」的現象。氫脆會讓原本具有延展性的金屬材料變得脆弱，大幅降低其韌性和強度，最終可能導致管道破裂。
ASME B31.12 規範正是為了解決氫氣對金屬的潛在危害，因此它的要求比一般的管道規範更為嚴格：
- 材料選擇：規範對材料的選擇有嚴格限制。它會考慮不同合金鋼（如碳鋼、鉻鉬鋼）在氫氣環境下的性能，並建議或限制其使用。例如，規範會要求控制材料中的硫（S）和磷（P）含量，並對碳當量設限，以確保材料在高壓氫氣下仍能保持足夠的韌性。
- 設計與計算：規範提供了專門的設計係數，用於應力計算和壁厚確定，這些係數已考量了氫脆對材料強度的影響。
- 製造與檢測：對於焊接工藝和無損檢測（NDT），規範也有額外的要求，以確保焊道沒有任何可能成為氫氣擴散路徑的微小缺陷。
- 壓力與洩漏測試：ASME B31.12 對於壓力測試的要求也特別嚴格，以確保系統在實際運行壓力下不會發生任何洩漏。
總結
燃氣複循環電廠的混氫系統雖然屬於動力管線的一部分，但由於氫氣的特殊性，其相關的管路設計、材料選用、製造與測試都必須同時參考並符合 ASME B31.12 的規範要求，以確保系統在運行中的長期安全與可靠性。
