Vật liệu vonfram–molypden có khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn cao, phù hợp cho các điều kiện khắc nghiệt trong ngành công nghiệp dầu khí và hóa chất. Ba trường hợp thực tế cho thấy chúng có thể kéo dài tuổi thọ thiết bị lên 3–8 lần, trong khi chi phí cải tạo chỉ bằng 1/5 chi phí đầu tư cho thiết bị mới, từ đó đảm bảo hiệu quả vận hành an toàn lâu dài cho các nhà máy.
Ngành công nghiệp hóa dầu bao gồm toàn bộ các quy trình từ khai thác dầu, tinh chế dầu thô, cracking etylen, tinh chế hydro hóa và thu giữ, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS). Ngành này đã lâu nay phải đối mặt với các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao (trên 1000°C), áp suất cao (trên 15 MPa), ăn mòn mạnh (H₂S, CO₂, ion clorua, v.v.) và mài mòn cao. Thép không gỉ thông thường và các hợp kim nền niken dễ bị biến dạng chảy dão ở nhiệt độ cao, nứt do oxy hóa, thủng do ăn mòn điểm và giòn do hydro trong các điều kiện này, dẫn đến việc thiết bị thường xuyên phải ngừng hoạt động và thậm chí xảy ra các sự cố an toàn.
Vonfram và molypden, là những kim loại chịu lửa có điểm nóng chảy cao, lần lượt có điểm nóng chảy là 3422°C và 2622°C, với các đặc tính như khả năng chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp và chống mài mòn. Trong lĩnh vực hóa dầu, đã hình thành bốn hướng ứng dụng chính: các bộ phận cấu trúc chịu lửa ở nhiệt độ cao, các chi tiết hợp kim cứng chống mài mòn, lớp phủ chống ăn mòn/chất phụ gia hợp kim và nguyên liệu hóa học xúc tác. Dưới đây trình bày kết quả ứng dụng thực tế của vật liệu vonfram–molypden thông qua ba nghiên cứu điển hình.
Trường hợp 1: Thách thức về điều kiện sưởi ấm đối với giếng khai thác CCUS tại mỏ dầu đá phiến Thắng Lợi: Giếng dầu đá phiến Liye 1HF của mỏ dầu Thắng Lợi sử dụng tiêm CO₂ để khai thác, và việc giảm áp suất đột ngột của CO₂ dạng lỏng gây làm lạnh nhanh và đóng băng đường ống. Dòng sản phẩm thu được gồm CO₂, nước vỉa và hydro sunfua, tạo thành môi trường ăn mòn hỗn hợp. Các ống gia nhiệt bằng thép không gỉ thông thường bị ăn mòn và thủng trong vòng 3 tháng, dẫn đến ngừng hoạt động. Giải pháp: Ống gia nhiệt composite hợp kim vonfram được thiết kế riêng (lõi gia nhiệt bằng hợp kim vonfram + lớp cách nhiệt nitrua nhôm).
Hiệu suất chuyển đổi điện thành nhiệt đạt 99%, tốc độ gia nhiệt tăng gấp 4 lần
Vận hành liên tục trong 24 tháng, không xuất hiện hư hỏng do ăn mòn hoặc xói mòn
Giải quyết triệt để tình trạng đóng băng và tắc nghẽn đường ống, giảm tần suất bảo trì ngừng hoạt động cho một giếng xuống còn 1/12
Hệ số giãn nở nhiệt thấp, không xuất hiện nứt mối hàn khi nhiệt độ thay đổi luân phiên
Kết luận: Ống gia nhiệt hợp kim vonfram phù hợp cho các ứng dụng CCUS và khai thác phi truyền thống với sự chênh lệch nhiệt độ lớn.
Ví dụ 2: Thách thức về điều kiện của các bộ phận đỡ trong lò nung crăcking ethylene của Công ty Hóa dầu Lan Châu: Các bộ phận đỡ của lò nung crăcking hoạt động ở nhiệt độ 1100°C trong thời gian dài, và vật liệu hợp kim crôm-niken bị biến dạng từ từ sau khoảng 1 năm, dẫn đến việc phải thường xuyên dừng sản xuất để thay thế, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất sản xuất. Giải pháp: Thay toàn bộ các bộ phận đỡ bằng hợp kim molypden TZM (hợp kim titan-zirconi-molypden).
Không biến dạng khi làm việc ở 1100°C trong thời gian dài
Tuổi thọ kéo dài từ 1 năm lên 6 năm (tăng gấp 6 lần)
Giảm đáng kể tần suất dừng sản xuất để thay thế, mang lại lợi ích kinh tế tổng thể rõ rệt
Kết luận: Hợp kim molypden TZM là vật liệu tiêu chuẩn được ưu tiên lựa chọn cho các bộ phận kết cấu lò nhiệt độ cao trong ngành hóa dầu.
Trường hợp 3: Thách thức cải tạo lớp lót bên trong của thiết bị phản ứng hydro hóa tại Nhà máy Hóa dầu Hengyuan Sơn Đông: Thiết bị phản ứng hydro hóa (đường kính trong 3 mét, nhiệt độ làm việc 430°C, áp suất 15 MPa, môi chất chứa H₂S, amoniac và ion clorua) có lớp lót bên trong bằng thép không gỉ 316L đã xuất hiện ăn mòn điểm (pitting) cục bộ và phồng rộp do hydro sau 3 năm vận hành, gây nguy cơ nổ. Giải pháp: Hàn lớp kim loại phủ dày 10 mm bằng hợp kim nickel cơ sở chứa molypden và vonfram (C276, 13% molypden, 3% vonfram) lên thành trong.
Vận hành an toàn liên tục trong 25 năm, không xảy ra nứt ăn mòn ứng suất hay giòn hóa do hydro, tốc độ ăn mòn trung bình hàng năm chỉ 0,1 mm
Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị chịu áp lực trong lĩnh vực lọc hóa dầu theo API
Chi phí đầu tư cho cải tạo bằng hàn chỉ bằng 1/5 chi phí thay thế thiết bị mới
Kết luận: Công nghệ hàn hợp kim nickel cơ sở chứa molypden và vonfram kết hợp cả yếu tố an toàn và hiệu quả kinh tế, là giải pháp chín muồi để cải tạo chống ăn mòn cho thiết bị phản ứng hydro hóa.
Giá trị cốt lõi của vật liệu vonfram–molypden trong lĩnh vực hóa dầu được thể hiện ở ba khía cạnh:
1. Độ an toàn và độ tin cậy — duy trì tính toàn vẹn cấu trúc trong các điều kiện khắc nghiệt và loại bỏ các nguy cơ gây mất an toàn;
2. Hiệu quả kinh tế — kéo dài tuổi thọ thiết bị lên 3–8 lần, chi phí cải tạo thấp hơn nhiều so với chi phí thay thế thiết bị; 3. Khả năng thích ứng ngành công nghiệp — bao phủ toàn bộ chuỗi giá trị công nghiệp, từ khai thác dầu mỏ đến tinh chế và xử lý hóa chất, hỗ trợ việc nâng cấp ngành công nghiệp hóa dầu hướng tới chu kỳ vận hành dài hơn và mức độ an toàn cao hơn.
Khi các cơ sở hóa dầu ngày càng trở nên quy mô lớn và phức tạp hơn, các vật liệu vonfram và molypden sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các thiết bị then chốt hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
EN
