Вольфрам-молибденовые материалы устойчивы к высоким температурам и коррозии и подходят для экстремальных условий эксплуатации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Три примера показывают, что они позволяют увеличить срок службы оборудования в 3–8 раз, а затраты на модернизацию составляют лишь 1/5 от стоимости нового оборудования, что эффективно обеспечивает долгосрочную безопасную эксплуатацию установок.
Нефтехимическая промышленность охватывает все процессы — от добычи нефти, переработки сырой нефти, крекинга этилена, гидроочистки до улавливания, использования и хранения углерода (CCUS). Она на протяжении длительного времени сталкивается с экстремальными условиями, такими как высокие температуры (свыше 1000 °C), высокое давление (свыше 15 МПа), сильная коррозия (H₂S, CO₂, хлорид-ионы и др.) и интенсивный износ. Обычные марки нержавеющей стали и никелевые сплавы склонны к ползучести при высоких температурах, окислительному растрескиванию, питтинговой перфорации и охрупчиванию водородом в таких условиях, что приводит к частым остановкам оборудования и даже авариям.
Вольфрам и молибден — это тугоплавкие металлы с высокой температурой плавления: 3422 °C и 2622 °C соответственно. Они обладают такими характеристиками, как термостойкость, коррозионная стойкость, низкий коэффициент теплового расширения и износостойкость. В нефтегазохимической отрасли сложились четыре основных направления применения: высокотемпературные огнеупорные конструкционные элементы, твёрдые износостойкие детали из сплавов, антикоррозионные покрытия и легирующие добавки для сплавов, а также каталитические химические сырьевые материалы. Ниже приведены реальные результаты применения вольфрам-молибденовых материалов, проиллюстрированные на трёх примерах.
Случай 1: Проблема обогрева ствола скважины с применением технологии УХУЭ (улавливание, использование и хранение CO₂) на месторождении сланцевой нефти «Шэнли»: На сланцевой нефтяной скважине Ли-Е-1HF месторождения «Шэнли» для добычи используется закачка CO₂; при высоконапорном дросселировании жидкого CO₂ трубопровод быстро охлаждается и замерзает. Добытая жидкость содержит CO₂, пластовую воду и сероводород, создавая комплексную коррозионную среду. Традиционные нагревательные трубы из нержавеющей стали подвергаются коррозии и пробиваются в течение 3 месяцев, что приводит к остановке работы. Решение: Специально разработанные композитные нагревательные трубы из вольфрамового сплава (основа из вольфрамового сплава + изоляционный слой из нитрида алюминия).
КПД электрического нагрева — 99 %, скорость нагрева увеличена в 4 раза
Непрерывная эксплуатация в течение 24 месяцев без коррозии или эрозионного повреждения
Полное устранение замерзания и засорения трубопровода, сокращение простоев для технического обслуживания одной скважины в 12 раз
Низкий коэффициент теплового расширения, отсутствие трещин в сварных швах при циклических изменениях температуры
Вывод: Нагревательные трубки из вольфрамового сплава подходят для технологий улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) и нетрадиционной добычи при резких перепадах температур.
Случай 2: Проблема состояния опорных компонентов пиролизной печи Ланчжоуского нефтехимического завода: Опорные компоненты пиролизной печи длительное время работают при температуре 1100 °C, и материал на основе хромо-никелевого сплава подвергается ползучести уже через примерно 1 год, что требует частых остановок для замены и серьёзно снижает производственную эффективность. Решение: Все опорные компоненты заменены на компоненты из молибденового сплава TZM (титан-цирконий-молибден).
Отсутствие деформации при температуре 1100 °C в течение длительного времени
Срок службы увеличен с 1 года до 6 лет (в 6 раз)
Значительное сокращение частоты остановок для замены, что обеспечивает существенные общие экономические выгоды
Вывод: Молибденовый сплав TZM является стандартным предпочтительным материалом для конструктивных элементов высокотемпературных печей в нефтехимической промышленности.
Случай 3: Задача реконструкции внутренней облицовки гидрогенизационного реактора компании Shandong Hengyuan Petrochemical: Внутренняя облицовка гидрогенизационного реактора (внутренний диаметр — 3 м, температура эксплуатации — 430 °C, давление — 15 МПа, среда содержит H₂S, аммиак и хлорид-ионы) из нержавеющей стали марки 316L через 3 года эксплуатации подверглась локальной питтинговой коррозии и образованию водородных вздутий, что создало угрозу взрыва. Решение: Наплавка внутренней стенки 10-миллиметровым слоем никелевого сплава на основе молибдена и вольфрама (C276, содержание молибдена — 13 %, вольфрама — 3 %).
Непрерывная безопасная эксплуатация в течение 25 лет без трещин, вызванных коррозионным растрескиванием под напряжением, или охрупчивания водородом; ежегодное коррозионное утонение составляет всего 0,1 мм
Соответствует стандартам безопасности API для нефтеперерабатывающих и нефтехимических сосудов под давлением
Затраты на сварочную реконструкцию составляют лишь 1/5 стоимости замены оборудования на новое
Вывод: Технология наплавки никелевого сплава на основе молибдена и вольфрама сочетает в себе безопасность и экономическую эффективность и представляет собой отработанное решение для антикоррозионной реконструкции гидрогенизационных реакторов.
Ключевая ценность вольфрам-молибденовых материалов в нефтегазохимической отрасли проявляется в трёх аспектах:
1. Безопасность и надёжность — сохранение структурной целостности в экстремальных условиях и устранение потенциальных угроз безопасности;
2. Экономическая эффективность — увеличение срока службы оборудования в 3–8 раз, при этом стоимость модернизации значительно ниже стоимости замены оборудования; 3. Адаптация к отрасли — охват всей производственной цепочки — от добычи нефти до переработки и химической обработки, что способствует модернизации нефтегазохимической отрасли в направлении более длительных циклов и повышения уровня безопасности.
По мере того как нефтегазохимические объекты становятся всё более крупными и сложными, вольфрамовые и молибденовые материалы будут играть всё более важную роль в ключевом оборудовании, эксплуатируемом в экстремальных условиях.
EN
