تتميّز مواد التنجستن-الموليبدينوم بمقاومتها للحرارة العالية والتآكل، وهي مناسبة للظروف القاسية في صناعة البتروكيماويات. وتُظهر ثلاث حالات أن هذه المواد يمكن أن تطيل عمر المعدات من ٣ إلى ٨ مرات، بينما لا تتجاوز تكلفة تجديد المعدات خمس تكلفة شراء معدات جديدة، مما يضمن التشغيل الآمن طويل الأمد لهذه المنشآت بفعالية.
تشمل صناعة البتروكيماويات جميع العمليات بدءًا من استخراج النفط، وتنقية النفط الخام، وتكسير الإيثيلين، والتكرير بالهيدروجين، وتقنيات احتجاز الكربون واستخدامه وتخزينه (CCUS). وقد واجهت هذه الصناعة لفترة طويلة ظروفًا قاسية جدًّا مثل درجات الحرارة العالية (أكثر من ١٠٠٠°م)، والضغط العالي (أكثر من ١٥ ميجا باسكال)، والتآكل الشديد (مثل كبريد الهيدروجين H₂S، وثاني أكسيد الكربون CO₂، وأيونات الكلوريد، إلخ)، والتآكل الميكانيكي الشديد. وعند التعرُّض لهذه الظروف، تكون السبائك الفولاذية المقاومة للصدأ والعاديَّة المستندة إلى النيكل عرضةً لتشوه الزحف عند درجات الحرارة العالية، والتشقق الناتج عن الأكسدة، والثقوب الناتجة عن التآكل النقري، وفقدان المقاومة بسبب اختراق الهيدروجين، ما يؤدي إلى توقف المعدات المتكرر بل وحتى وقوع حوادث أمنية.
التنغستن والموليبدينوم، كمعادن مقاومة للحرارة ذات نقطة انصهار عالية، تبلغ درجات انصهارهما 3422°م و2622°م على التوالي، وتتميّز بخصائص مثل المقاومة العالية للحرارة، والمقاومة للتآكل، ومعامل التمدد الحراري المنخفض، ومقاومة البلى. وفي مجال البتروكيماويات، تشكّلت أربعة اتجاهات رئيسية للتطبيق: المكونات البنائية المقاومة للحرارة العالية، والأجزاء السبائكية الصلبة المقاومة للبلى، والطلاءات المقاومة للتآكل أو الإضافات السبائكية المضادة للتآكل، والمواد الكيميائية الأولية الحفازة. ويعرض ما يلي نتائج التطبيقات الفعلية لمواد التنغستن-الموليبدينوم من خلال ثلاث دراسات حالة.
الحالة ١: تحدٍّ متعلق بظروف التسخين في بئر التقاط الكربون وتخزينه واستخدامه (CCUS) في حقل شنغلي للنفط الصخري: يستخدم بئر لييِه ١HF للنفط الصخري في حقل شنغلي حقن ثاني أكسيد الكربون لاستخلاص النفط، ما يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الأنبوب بسرعة وتجمُّده نتيجة التمدد المفاجئ لثاني أكسيد الكربون السائل تحت ضغط عالٍ. ويتكوَّن السائل المستخرج من ثاني أكسيد الكربون وماء التكوين وكبريتيد الهيدروجين، مُشكِّلاً بيئة تآكل مركَّبة. وتتآكل أنابيب التسخين المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدية وتتثقب خلال ٣ أشهر، مما يتسبب في إيقاف التشغيل. الحل: أنابيب تسخين مركَّبة مخصصة مصنوعة من سبائك التنجستن (قاعدة تسخين من سبيكة التنجستن + طبقة عازلة من نيتريد الألومنيوم).
كفاءة تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة تبلغ ٩٩٪، وازدياد سرعة التسخين بأربع مرات
التشغيل المتواصل لمدة ٢٤ شهرًا دون أي تآكل أو تآكل تآكلي
القضاء التام على ظاهرة تجمُّد الأنبوب وانسداده، مما يقلل من فترات إيقاف التشغيل والصيانة لكل بئر بمقدار ١٢ مرة
معامل تمدد حراري منخفض، ولا يحدث تشقق في اللحامات أثناء التغيرات الدورية في درجات الحرارة
الاستنتاج: أنابيب التسخين المصنوعة من سبيكة التنجستن مناسبة لتطبيقات احتجاز الكربون واستخدامه (CCUS) والاستخلاص غير التقليدي الذي يشهد فروقًا حرارية حادة.
الحالة الثانية: تحدي حالة مكونات الدعم في فرن تكسير الإيثيلين التابع لشركة لانتشو للبتروكيماويات: تعمل مكونات دعم الفرن عند درجة حرارة 1100°م لفترة طويلة، وتتعرض مادة سبيكة الكروم-نيكل للتشوه الانسيابي بعد حوالي سنة واحدة، ما يستلزم إيقاف التشغيل المتكرر لاستبدالها، مما يؤثر تأثيرًا بالغًا على كفاءة الإنتاج. الحل: استُبدلت جميع مكونات الدعم بسبيكة الموليبدينوم TZM (سبيكة التيتانيوم-الزركونيوم-الموليبدينوم).
لا يحدث تشوه عند درجة حرارة 1100°م لفترة طويلة
تمديد العمر الافتراضي من سنة واحدة إلى ست سنوات (أي زيادة بمقدار ستة أضعاف)
خفض تكرار إيقاف التشغيل للاستبدال بشكل كبير، مع تحقيق فوائد اقتصادية شاملة ملحوظة
الاستنتاج: تُعد سبيكة الموليبدينوم TZM المادة المفضلة القياسية لمكونات الهياكل الخاصة بالأفران البتروكيماوية العالية الحرارة.
الحالة ٣: تحدي تجديد البطانة الداخلية لمفاعل الهدرجة في شركة شاندونغ هينغيوان للبتروكيماويات: كان لمفاعل الهدرجة (قطره الداخلي ٣ أمتار، ودرجة حرارته ٤٣٠°م، وضغطه ١٥ ميجا باسكال، والمادة الوسطية تحتوي على كبريتيد الهيدروجين والأمونيا وأيونات الكلوريد) بطانة داخلية من الفولاذ المقاوم للصدأ من الدرجة ٣١٦ل، والتي ظهرت بها حالات تآكل موضعية وفقاعات هيدروجينية بعد ثلاث سنوات من التشغيل، ما شكَّل خطر انفجارٍ على السلامة. الحل: لحام جدار داخلي بسبيكة نيكلية مركبة تحتوي على الموليبدينوم والتنغستن بسماكة ١٠ مم (C276، تحتوي على ١٣٪ موليبدينوم و٣٪ تنغستن).
تشغيل آمن متواصل لمدة ٢٥ سنة، دون حدوث تشققات تآكلية ناتجة عن الإجهاد أو هشاشة هيدروجينية، ومعدل التآكل السنوي للسماكة لا يتجاوز ٠٫١ مم
يتوافق مع معايير السلامة الخاصة بالأجهزة المضغوطة في قطاع التكرير والبتروكيماويات وفقًا لمعايير المعهد الأمريكي للبترول (API)
استثمار تجديد اللحام لا يساوي سوى خمس تكلفة استبدال المعدات الجديدة
الاستنتاج: تُعَد تقنية اللحام باستخدام السبيكة النيكلية المحتوية على الموليبدينوم والتنغستن حلاً ناضجًا يجمع بين السلامة والكفاءة الاقتصادية في مجال تجديد مقاومة التآكل لمفاعلات الهدرجة.
تتجلى القيمة الجوهرية لمواد التنجستن-الموليبدينوم في مجال البتروكيماويات في ثلاثة جوانب:
١. السلامة والموثوقية — الحفاظ على سلامة الهيكل في الظروف القصوى وإزالة المخاطر الأمنية؛
٢. الكفاءة الاقتصادية — إطالة عمر المعدات من ٣ إلى ٨ مرات، مع تكاليف التجديد أقل بكثير من تكاليف استبدال المعدات؛ ٣. التكيُّف الصناعي — يغطي السلسلة الصناعية بأكملها، بدءًا من استخراج النفط وصولًا إلى التكرير والمعالجة الكيميائية، ويدعم ترقية قطاع البتروكيماويات نحو دورات أطول ومستويات أعلى من السلامة.
وباتجاه زيادة حجم وتعقيد مرافق البتروكيماويات، ستؤدي مواد التنجستن والموليبدينوم دورًا متزايد الأهمية في المعدات الحرجة التي تعمل في ظروف قصوى.
EN
