Вольфрам-молібденові матеріали стійкі до високих температур та корозії й підходять для екстремальних умов у нафтопереробній та хімічній промисловості. Три випадки демонструють, що вони можуть збільшити термін служби обладнання в 3–8 разів, а витрати на модернізацію становлять лише 1/5 від вартості нового обладнання, що ефективно забезпечує тривалу безпечну експлуатацію установок.
Нафтопереробна промисловість охоплює всі процеси від видобутку нафти, переробки нафти, крекінгу етилену, гідроочищення та захоплення вуглекислого газу (CCUS). Вона тривалий час стикалася з екстремальними умовами, такими як висока температура (понад 1000 °C), високий тиск (понад 15 МПа), сильна корозія (H₂S, CO₂, хлорид-іони тощо) та інтенсивне зношування. Звичайні нержавіючі сталі та нікелеві сплави схильні до повільної пластичної деформації при високих температурах, окисного руйнування, точкової корозії та руйнування внаслідок водневого охрупчення в таких умовах, що призводить до частого простою обладнання та навіть аварій з погіршенням безпеки.
Вольфрам і молібден як високоплавкі тугоплавкі метали мають температури плавлення 3422 °C та 2622 °C відповідно й характеризуються такими властивостями, як стійкість до високих температур, корозійна стійкість, низький коефіцієнт теплового розширення та зносостійкість. У нафтогазовій та хімічній галузі сформовано чотири основних напрямки застосування: високотемпературні тугоплавкі конструкційні елементи, тверді зносостійкі деталі зі сплавів, антикорозійні покриття/додатки до сплавів та каталітичні хімічні сировинні матеріали. Нижче наведено реальні результати застосування вольфрам-молібденових матеріалів у трьох прикладах.
Випадок 1: Виклик щодо умов нагрівання для свердловини з технологією захоплення, транспортування та зберігання вуглекислого газу (CCUS) на шельфовому нафтовому родовищі Шенлі: На шельфовому нафтовому родовищі Шенлі свердловина Liye 1HF зі сланцевої нафти використовує ін’єкцію CO₂ для видобутку, а високотискова дросельна регуляція рідкого CO₂ призводить до швидкого охолодження й замерзання трубопроводу. Видобута рідина містить CO₂, пластову воду та сірководень, утворюючи комплексне корозійне середовище. Традиційні нагрівальні труби з нержавіючої сталі піддаються корозії й пробиваються протягом 3 місяців, що призводить до зупинки роботи. Рішення: Спеціалізовані композитні нагрівальні труби з вольфрамового сплаву (база нагрівальної труби з вольфрамового сплаву + ізоляційний шар з нітриду алюмінію).
Ефективність електричного нагріву — 99 %, швидкість нагріву збільшена в 4 рази
Неперервна експлуатація протягом 24 місяців без будь-яких проявів корозії чи ерозії
Повне усунення замерзання та заторів у трубопроводі, що зменшує кількість зупинок для технічного обслуговування однієї свердловини в 12 разів
Низький коефіцієнт теплового розширення, відсутність тріщин у зварних швах під час циклічних температурних змін
Висновок: Нагрівальні трубки з вольфрамового сплаву підходять для технологій CCUS та нетрадиційного видобутку за умов різких температурних перепадів.
Випадок 2: Проблема стану опорних компонентів етиленового крекінг-печі Ланчжоуської нафтопереробної компанії: Опорні компоненти крекінг-печі працюють при температурі 1100 °C тривалий час, і матеріал із хром-нікелевого сплаву зазнає повзучості й деформації через близько одного року, що вимагає частого зупинення печі для заміни — це серйозно впливає на ефективність виробництва. Рішення: Усі опорні компоненти замінено на TZM-молібденовий сплав (сплав молібдену з титаном і цирконієм).
Без деформації при тривалій експлуатації при температурі 1100 °C
Термін служби збільшено з 1 року до 6 років (збільшення в 6 разів)
Значне зменшення частоти зупинок для заміни, що забезпечує суттєву загальну економічну вигоду
Висновок: TZM-молібденовий сплав є стандартним переважним матеріалом для конструктивних елементів високотемпературних печей у нафтопереробній та нафтохімічній промисловості.
Випадок 3: Виклик щодо модернізації внутрішньої облицювальної обкладки гідрогенізаційного реактора компанії Shandong Hengyuan Petrochemical: внутрішня обкладка з нержавіючої сталі марки 316L гідрогенізаційного реактора (внутрішній діаметр — 3 м, температура експлуатації — 430 °C, тиск — 15 МПа, середовище містить H₂S, аміак та йони хлору) після трьох років експлуатації виявила локальні явища точкової корозії та водневого розшарування, що створювало загрозу вибуху. Рішення: зварювання на внутрішній стінці шару молібден-вольфрамового композитного нікелевого сплаву (C276, 13 % молібдену, 3 % вольфраму) завтовшки 10 мм.
Неперервна безпечна експлуатація протягом 25 років, відсутність руйнувань через корозійне тріщиноутворення під напруженням або водневе охрупчення, щорічне корозійне зменшення товщини лише на 0,1 мм
Відповідає стандартам API щодо безпеки тисківих посудин у нафтопереробній та нафтохімічній промисловості
Інвестиції у зварювальну модернізацію становлять лише 1/5 вартості заміни обладнання на нове
Висновок: технологія зварювання нікелевих сплавів із молібденом та вольфрамом поєднує безпеку й економічність і є відпрацьованим рішенням для антикорозійної модернізації гідрогенізаційних реакторів.
Ключова цінність вольфрам-молібденових матеріалів у нафтогазовій та хімічній промисловості відображається в трьох аспектах:
1. Безпека й надійність — збереження структурної цілісності в екстремальних умовах та ліквідація потенційних загроз безпеці;
2. Економічна ефективність — подовження терміну служби обладнання в 3–8 разів, при цьому витрати на модернізацію значно нижчі за витрати на повну заміну обладнання; 3. Адаптація до галузі — охоплення всього промислового ланцюга від видобутку нафти до переробки та хімічної обробки, що сприяє модернізації нафтогазової та хімічної промисловості у напрямку довших циклів роботи й підвищеної безпеки.
Оскільки об’єкти нафтогазової та хімічної промисловості стають все більш масивними й складними, вольфрам і молібден будуть відігравати все важливішу роль у ключовому обладнанні, що експлуатується в екстремальних умовах.
EN
