مواد تنگستن-مولیبدن در برابر دماهای بالا و خوردگی مقاوم هستند و برای شرایط اکسترم در صنعت پتروشیمی مناسب میباشند. سه مورد کاربردی نشان میدهند که این مواد میتوانند عمر تجهیزات را ۳ تا ۸ برابر افزایش دهند، در حالی که سرمایهگذاری مورد نیاز برای بازسازی تنها یکپنجم هزینهٔ تجهیزات جدید است و بهطور مؤثری عملیات ایمن بلندمدت نصبها را تضمین میکند.
صنعت پتروشیمی شامل تمام فرآیندهای استخراج نفت، تصفیه نفت خام، شکستن اتیلن، رافینگ هیدروژنی و دفع و ذخیرهسازی کربن (CCUS) میباشد. این صنعت از دیرباز با شرایط بسیار سختی از قبیل دماهای بالا (بالاتر از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد)، فشار بالا (بالاتر از ۱۵ مگاپاسکال)، خوردگی شدید (مانند H₂S، CO₂، یونهای کلرید و غیره) و سایش شدید مواجه بوده است. فولادهای ضدزنگ معمولی و آلیاژهای نیکلی در این شرایط مستعد ایجاد تغییر شکل خزشی در دمای بالا، ترکخوردن ناشی از اکسیداسیون، سوراخشدن ناشی از خوردگی نقطهای و شکنندگی هیدروژنی هستند که منجر به توقف مکرر تجهیزات و حتی وقوع حادثههای ایمنی میشود.
تنگستن و مولیبدن، بهعنوان فلزات مقاوم در برابر حرارت با نقطه ذوب بالا، بهترتیب دارای نقاط ذوب ۳۴۲۲ درجه سانتیگراد و ۲۶۲۲ درجه سانتیگراد هستند و ویژگیهایی از قبیل مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی، ضریب کوچک انبساط حرارتی و مقاومت در برابر سایش را دارند. در حوزه پتروشیمی، چهار جهت اصلی کاربردی شکل گرفته است: اجزاء سازهای مقاوم در برابر حرارت و دمای بالا، اجزاء آلیاژی سخت و مقاوم در برابر سایش، پوششهای ضدخوردگی و افزودنیهای آلیاژی، و مواد اولیه شیمیایی کاتالیستی. در ادامه، نتایج کاربرد عملی مواد تنگستن-مولیبدن از طریق سه مطالعه موردی ارائه میشود.
مورد ۱: چالش شرایط گرمایشی برای چاههای CCUS در میدان نفتی شنگلی: چاه نفت شیلی لییه ۱HF در میدان نفتی شنگلی از تزریق دیاکسید کربن برای استخراج استفاده میکند و تنظیم فشار بالای دیاکسید کربن مایع باعث سرد شدن سریع و یخزدن لولهها میشود. سیال تولیدی شامل دیاکسید کربن، آب مخزن و سولفید هیدروژن بوده و محیطی ترکیبی از خوردگی ایجاد میکند. لولههای گرمایشی از جنس فولاد ضدزنگ معمولی در عرض ۳ ماه دچار خوردگی و سوراخشدن شده و منجر به توقف عملیات میگردد. راهحل: لولههای گرمایشی ترکیبی سفارشی از آلیاژ تنگستن (پایه گرمایشی از آلیاژ تنگستن + لایه عایق نیترید آلومینیوم).
بازده تبدیل انرژی الکتریکی به گرما ۹۹ درصد، سرعت گرمایش ۴ برابر افزایش یافته است
عملیات پیوسته به مدت ۲۴ ماه بدون هیچگونه خوردگی یا فرسایش
حل کامل مشکلات یخزدگی و انسداد لولهها و کاهش ۱۲ برابری توقفهای ناشی از نگهداری و تعمیرات برای هر چاه
ضریب انبساط حرارتی پایین، بدون ترکخوردگی در جوشها در حین تغییرات دمایی
نتیجهگیری: لولههای گرمایشی ساختهشده از آلیاژ تنگستن برای فناوریهای جمعآوری، استفاده و ذخیرهسازی دیاکسید کربن (CCUS) و استخراج منابع غیرمتعارف با تفاوتهای شدید دما مناسب هستند.
پرونده ۲: چالش وضعیت قطعات نگهدارنده در کوره ترکخوردگی اتیلن شرکت پتروشیمی لانژو: قطعات نگهدارنده کوره ترکخوردگی مدت طولانی در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد کار میکنند و پس از حدود یک سال، ماده آلیاژی کروم-نیکل دچار تغییر شکل خزشی میشود و نیازمند توقفهای مکرر برای تعویض است که بهطور جدی بر بهرهوری تولید تأثیر میگذارد. راهحل: جایگزینی تمام قطعات نگهدارنده با قطعات ساختهشده از آلیاژ مولیبدن TZM (آلیاژ تیتانیوم-زیرکونیوم-مولیبدن).
بدون تغییر شکل در دمای ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد در مدت طولانی
افزایش عمر از ۱ سال به ۶ سال (افزایش ششبرابری)
کاهش قابلتوجه فراوانی توقفها برای تعویض، با مزایای اقتصادی کلی چشمگیر
نتیجهگیری: آلیاژ مولیبدن TZM ماده استاندارد و ترجیحی برای اجزای سازهای کورههای دمادار در صنایع پتروشیمی است.
پرونده ۳: چالش بازسازی لایه داخلی راکتور هیدروژناسیون شرکت شاندونگ هنگیوان پتروشیمی: راکتور هیدروژناسیون (قطر داخلی ۳ متر، دمای ۴۳۰ درجه سانتیگراد، فشار ۱۵ مگاپاسکال، محیط حاوی H₂S، آمونیاک و یونهای کلرید) دارای لایه داخلی از فولاد ضدزنگ ۳۱۶L بود که پس از ۳ سال عملیات، دچار خوردگی نقطهای و حبابزدگی هیدروژنی در نواحی محدودی شده بود و خطر انفجار ایجاد کرده بود. راهحل: جوشکاری لایه داخلی با آلیاژ نیکلپایه ترکیبی مولیبدن-تنگستن به ضخامت ۱۰ میلیمتر (C276، حاوی ۱۳ درصد مولیبدن و ۳ درصد تنگستن).
عملیات ایمن مداوم به مدت ۲۵ سال، بدون شکست ناشی از ترکخوردگی ناشی از تنش-خوردگی یا شکنندگی هیدروژنی، و کاهش ضخامت ناشی از خوردگی سالانه تنها ۰٫۱ میلیمتر
مطابق استانداردهای ایمنی ظروف تحت فشار صنایع نفت و پتروشیمی API
سرمایهگذاری مورد نیاز برای بازسازی از طریق جوشکاری تنها یکپنجم هزینه تعویض تجهیزات جدید است
نتیجهگیری: فناوری جوشکاری آلیاژ نیکلپایه مولیبدن-تنگستن ترکیبی از ایمنی و اقتصادیبودن را فراهم میکند و راهحلی بلوغیافته برای بازسازی ضدخوردگی راکتورهای هیدروژناسیون محسوب میشود.
ارزش هستهای مواد تنگستن-مولیبدن در حوزه پتروشیمی در سه جنبه منعکس میشود:
۱. ایمنی و قابلیت اطمینان — حفظ یکپارچگی سازهای در شرایط بسیار سخت و رفع خطرات ایمنی؛
۲. کارایی اقتصادی — افزایش عمر تجهیزات به میزان ۳ تا ۸ برابر، با هزینههای بازسازی بسیار پایینتر از هزینه تعویض تجهیزات؛ ۳. انطباق صنعتی — پوشش کل زنجیره ارزش صنعتی از استخراج نفت تا تصفیه و فرآورش شیمیایی، که به ارتقای صنعت پتروشیمی در جهت چرخههای طولانیتر و ایمنی بالاتر کمک میکند.
با افزایش اندازه و پیچیدگی تأسیسات پتروشیمی، مواد تنگستن و مولیبدن نقش فزایندهای در تجهیزات کلیدی تحت شرایط بسیار سخت ایفا خواهند کرد.
EN
