วัสดุทังสเตน-โมลิบดีนัมมีความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงและสารกัดกร่อน จึงเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี โดยกรณีศึกษาสามกรณีแสดงให้เห็นว่าวัสดุเหล่านี้สามารถยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ได้ถึง 3–8 เท่า เมื่อเทียบกับอุปกรณ์เดิม ขณะที่การลงทุนเพื่อปรับปรุงอุปกรณ์นั้นมีค่าใช้จ่ายเพียงหนึ่งในห้าของค่าใช้จ่ายในการจัดหาอุปกรณ์ใหม่ ซึ่งช่วยให้มั่นใจได้ถึงการดำเนินงานอย่างปลอดภัยในระยะยาว
อุตสาหกรรมปิโตรเคมีครอบคลุมกระบวนการทั้งหมด ตั้งแต่การขุดเจาะน้ำมัน การกลั่นน้ำมันดิบ การแยกเอทิลีน (ethylene cracking) การกลั่นด้วยไฮโดรเจน (hydrogenation refining) ไปจนถึงการจับกักคาร์บอนแบบ CCUS มานานแล้วที่อุตสาหกรรมนี้ต้องเผชิญกับสภาวะสุดขั้ว เช่น อุณหภูมิสูง (มากกว่า 1,000 องศาเซลเซียส) ความดันสูง (มากกว่า 15 เมกะพาสคัล) การกัดกร่อนอย่างรุนแรง (จาก H₂S, CO₂, ไอออนคลอไรด์ เป็นต้น) และการสึกหรอสูง ซึ่งทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมทั่วไปและโลหะผสมฐานนิกเกิลเกิดการเปลี่ยนรูปแบบครีปที่อุณหภูมิสูง การแตกร้าวจากการออกซิเดชัน การเจาะทะลุจากพิตติ้ง และการเปราะจากไฮโดรเจน ภายใต้สภาวะดังกล่าว ส่งผลให้อุปกรณ์ต้องหยุดทำงานบ่อยครั้ง รวมทั้งอาจเกิดอุบัติเหตุที่ส่งผลต่อความปลอดภัยได้
ทังสเตนและโมลิบดีนัม ซึ่งเป็นโลหะทนความร้อนสูง มีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ 3422°C และ 2622°C ตามลำดับ โดยมีคุณสมบัติเด่น ได้แก่ ความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการกัดกร่อน สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำ และความต้านทานต่อการสึกหรอ ในสาขาปิโตรเคมี ได้เกิดการประยุกต์ใช้งานหลัก 4 ด้าน ได้แก่ ชิ้นส่วนโครงสร้างทนความร้อนสูง ชิ้นส่วนโลหะผสมที่แข็งและทนต่อการสึกหรอ สารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนและสารเติมแต่งโลหะผสมเพื่อต้านการกัดกร่อน รวมถึงวัตถุดิบทางเคมีสำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ต่อไปนี้จะนำเสนอผลการประยุกต์ใช้จริงของวัสดุทังสเตน-โมลิบดีนัมผ่านกรณีศึกษา 3 กรณี
กรณีศึกษา 1: ความท้าทายด้านสภาวะการให้ความร้อนสำหรับบ่อดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และเก็บกัก (CCUS) ของแหล่งน้ำมันเชลล์ในเขตชิงลี่: บ่อก๊าซน้ำมันเชลล์หลี่เย่ 1HF ของเขตชิงลี่ใช้การฉีด CO₂ เพื่อการสกัด ซึ่งการลดความดันอย่างรวดเร็วของ CO₂ ในสถานะของเหลวทำให้ท่อเกิดการเย็นตัวและแข็งตัวอย่างฉับพลัน ของไหลที่ผลิตขึ้นมี CO₂ น้ำจากชั้นหิน และไฮโดรเจนซัลไฟด์ จึงก่อให้เกิดสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนแบบผสมผสาน ท่อให้ความร้อนแบบสแตนเลสสตีลทั่วไปเกิดการกัดกร่อนและทะลุภายใน 3 เดือน ส่งผลให้ต้องหยุดการดำเนินงาน แนวทางแก้ไข: ท่อให้ความร้อนแบบคอมโพสิตพิเศษที่ผลิตตามสั่งโดยใช้อัลลอยด์ทังสเตน (ฐานให้ความร้อนจากอัลลอยด์ทังสเตน + ชั้นฉนวนอะลูมิเนียมไนไตรด์)
ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน 99% ความเร็วในการให้ความร้อนเพิ่มขึ้น 4 เท่า
สามารถทำงานต่อเนื่องได้นาน 24 เดือน โดยไม่มีความเสียหายจากการกัดกร่อนหรือการกัดเซาะ
แก้ปัญหาการแข็งตัวและการอุดตันของท่อได้อย่างสมบูรณ์ ลดจำนวนครั้งที่ต้องหยุดดำเนินงานเพื่อซ่อมบำรุงสำหรับแต่ละบ่อลง 12 เท่า
สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ไม่เกิดรอยร้าวที่รอยเชื่อมเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงสลับกัน
ข้อสรุป: ท่อทำความร้อนจากโลหะผสมทังสเตนเหมาะสมสำหรับการจับกัก ใช้ซ้ำ และเก็บก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CCUS) และการสกัดแบบไม่ธรรมดาที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิอย่างรุนแรง
กรณีศึกษา 2: ความท้าทายด้านสภาพของชิ้นส่วนรองรับในเตาแยกเอทิลีนของบริษัท แลงโจว เพโตรเคมิคอล: ชิ้นส่วนรองรับในเตาแยกทำงานที่อุณหภูมิ 1100°ซ. เป็นเวลานาน โดยวัสดุโลหะผสมโครเมียม-นิกเกิลจะเกิดการเปลี่ยนรูปแบบการไหล (creep deformation) หลังจากใช้งานประมาณ 1 ปี จึงจำเป็นต้องหยุดการผลิตบ่อยครั้งเพื่อเปลี่ยนชิ้นส่วนใหม่ ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการผลิตอย่างรุนแรง แนวทางแก้ไข: เปลี่ยนชิ้นส่วนรองรับทั้งหมดเป็นโลหะผสมโมลิบดีนัม TZM (โลหะผสมไทเทเนียม-เซอร์โคเนียม-โมลิบดีนัม)
ไม่เกิดการเปลี่ยนรูปภายใต้อุณหภูมิ 1100°ซ. เป็นเวลานาน
อายุการใช้งานยืดหยุ่นจาก 1 ปี เป็น 6 ปี (เพิ่มขึ้น 6 เท่า)
ลดความถี่ในการหยุดการผลิตเพื่อเปลี่ยนชิ้นส่วนลงอย่างมาก ทำให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจโดยรวมอย่างมีนัยสำคัญ
ข้อสรุป: โลหะผสมโมลิบดีนัม TZM เป็นวัสดุมาตรฐานที่แนะนำเป็นพิเศษสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างของเตาอุตสาหกรรมปิโตรเคมีที่ใช้งานที่อุณหภูมิสูง
กรณีศึกษาที่ 3: ความท้าทายในการปรับปรุงบุฉนวนด้านในของปฏิกรณ์ไฮโดรจิเนชันของบริษัทซานตง เหิงหยวน เพโตรเคมิคัล: ปฏิกรณ์ไฮโดรจิเนชัน (เส้นผ่านศูนย์กลางด้านใน 3 เมตร อุณหภูมิ 430 องศาเซลเซียส ความดัน 15 เมกะพาสคาล สารกลางประกอบด้วย H₂S แอมโมเนีย และไอออนคลอไรด์) มีบุฉนวนด้านในทำจากสแตนเลสเกรด 316L ซึ่งเกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและฟองไฮโดรเจนบริเวณบางจุดหลังการใช้งานมาแล้ว 3 ปี ส่งผลให้เกิดความเสี่ยงต่อการระเบิด วิธีแก้ไข: ทำการเชื่อมบุฉนวนด้านในด้วยโลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม-ทังสเตนหนา 10 มม. (เกรด C276 ประกอบด้วยโมลิบดีนัม 13% และทังสเตน 3%)
สามารถดำเนินการอย่างปลอดภัยต่อเนื่องเป็นเวลา 25 ปี โดยไม่เกิดการแตกร้าวจากแรงดึงร่วมกับการกัดกร่อน (stress corrosion cracking) หรือการเปราะตัวจากไฮโดรเจน (hydrogen embrittlement) และอัตราการสูญเสียความหนาของวัสดุจากการกัดกร่อนเฉลี่ยต่อปีเพียง 0.1 มม.
สอดคล้องตามมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับถังความดันในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมันและเคมีภัณฑ์ของ API
การลงทุนในการเชื่อมปรับปรุงมีค่าใช้จ่ายเพียงหนึ่งในห้าของต้นทุนการเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่ทั้งหมด
สรุป: เทคโนโลยีการเชื่อมด้วยโลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม-ทังสเตนนั้นผสานความปลอดภัยเข้ากับความคุ้มค่าได้อย่างลงตัว และถือเป็นวิธีการที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสำหรับการปรับปรุงระบบป้องกันการกัดกร่อนของปฏิกรณ์ไฮโดรจิเนชัน
คุณค่าหลักของวัสดุทังสเตน-มอลิบดีนัมในสาขาปิโตรเคมีสะท้อนออกมาใน 3 ด้าน ได้แก่
1. ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ - รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างภายใต้สภาวะสุดขั้ว และขจัดความเสี่ยงด้านความปลอดภัย
2. ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจ - ยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์ได้ 3-8 เท่า โดยมีค่าใช้จ่ายในการปรับปรุงต่ำกว่าการเปลี่ยนอุปกรณ์อย่างมาก; 3. การปรับตัวของอุตสาหกรรม - ครอบคลุมห่วงโซ่อุตสาหกรรมทั้งหมดตั้งแต่การสกัดน้ำมัน ผ่านการกลั่น จนถึงการแปรรูปทางเคมี สนับสนุนการยกระดับอุตสาหกรรมปิโตรเคมีสู่วัฏจักรการผลิตที่ยาวนานขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้น
เมื่อสิ่งอำนวยความสะดวกในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีมีขนาดใหญ่และซับซ้อนขึ้นเรื่อยๆ วัสดุทังสเตนและมอลิบดีนัมจะมีบทบาทสำคัญมากยิ่งขึ้นในอุปกรณ์หลักภายใต้สภาวะสุดขั้ว
EN
