صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از جمله محیطهایی هستند که تجهیزات در آنها با شدیدترین شرایط کاری روبهرو هستند: فشار و دمای بالا، محیطهای خورنده، ذرات سایشدهنده و گازهای واکنشپذیر. این شرایط باعث فرسایش سریع قطعات و توقفهای پرهزینه در خطوط تولید میشود.
یکی از راهکارهای پیشرفته برای افزایش عمر کاری و پایداری تجهیزات در چنین محیطهایی، استفاده از نانوپوششهای PVD (Physical Vapor Deposition) است.
این فناوری، با ایجاد لایههایی بسیار سخت، متراکم و مقاوم به سایش در مقیاس نانو، توانسته جایگزینی برای روشهای سنتی سختکاری سطحی مانند آبکاری کروم یا نیتراسیون شود.
نانوپوشش PVD چیست؟
در فرآیند PVD، مواد پوشاننده (مانند تیتانیوم، کروم یا آلومینیوم) در محیط خلأ تبخیر یا پلاسماسازی شده و سپس روی سطح قطعه رسوب داده میشوند.
نتیجه، تشکیل لایهای نانوساختار با ضخامت چند میکرومتر است که ویژگیهای زیر را فراهم میکند:
- سختی بسیار بالا (تا ۳۰ گیگاپاسکال)
- مقاومت در برابر سایش و خوردگی
- چسبندگی قوی به زیرلایه فلزی
- پایداری حرارتی تا دمای بالای ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد
به همین دلیل، فناوری PVD به عنوان یکی از روشهای کلیدی محافظت سطوح در تجهیزات حفاری، پالایش و انتقال مواد نفتی شناخته میشود.
چالشهای تجهیزات در صنعت نفت و گاز
در واحدهای استخراج و پالایش نفت، قطعاتی نظیر شیرآلات، پمپها، متهها، کمپرسورها و پرههای توربین در معرض تخریبهای زیر قرار دارند:
- سایش مکانیکی ناشی از ذرات جامد (Sand Erosion)
- خوردگی شیمیایی توسط H₂S، CO₂ و کلریدها
- خستگی حرارتی و تغییرات مکرر دمایی
- چسبندگی مواد هیدروکربنی و ایجاد رسوبات
در نتیجه، هزینههای تعمیر و توقف خط تولید بسیار زیاد است.
پوششهای نانوساختار PVD با ایجاد سطحی صاف، سخت و مقاوم، میتوانند این مشکلات را بهطور چشمگیری کاهش دهند.
افزایش عمر پرههای توربین و کمپرسورهای گازی
در نیروگاههای گازی و واحدهای پتروشیمی، توربینها و کمپرسورها نقش حیاتی دارند.
پرههای بخش سرد این تجهیزات بهطور مداوم در معرض ذرات خورنده و جریانهای پرسرعت قرار دارند که موجب فرسایش، خوردگی و کاهش بازده انرژی میشود.
پوششهای نانوساختار TiN، CrN و AlCrN که با روش PVD تولید میشوند، به عنوان لایههای محافظ مقاوم در برابر خوردگی و فرسایش استفاده میشوند.
در پروژهای صنعتی که توسط شرکت فناوران سخت آرا انجام شد، پوششهای چندلایه CrN/AlCrN بر پرههای کمپرسور گازی اعمال گردید.
نتیجه آزمایشهای میدانی نشان داد این پوششها میتوانند عمر پرهها را تا چند برابر افزایش دهند و در عین حال از تغییر ابعادی و کاهش راندمان جلوگیری کنند.
این فناوری هماکنون در همکاری با شرکتهای بزرگ داخلی نظیر توربوتک و MIGT بهصورت تجاری در حال بهرهبرداری است.
حفاظت از قالبها و ابزارهای ریختهگری آلومینیوم در واحدهای پتروشیمی
در واحدهای ساخت و نگهداری تجهیزات پالایشگاهی، قالبهای دایکاست و اکستروژن آلومینیوم و فولاد با پدیدههایی چون خوردگی، سایش و چسبندگی مواد مذاب روبهرو هستند.
پوششهای نانوساختار TiCrN و CrAlN که به روش PVD اعمال میشوند، باعث شدهاند:
- سطح قالبها در برابر شوک حرارتی مقاومتر شود،
- پدیده جوش سرد (Cold Welding) از بین برود،
- و عمر مفید قالبها تا ۱۰ برابر افزایش یابد.
مطالعات صنعتی شرکت فناوران سخت آرا در همین زمینه نشان داده که در مقایسه با نیتراسیون سنتی، قالبهای پوششدادهشده با TiCrN نهتنها دوام بیشتری دارند، بلکه زمان توقف تولید را نیز بهشدت کاهش دادهاند.
پوششدهی پمپها و شیرآلات فرآیندی
پمپها و شیرآلات در واحدهای نفتی و پتروشیمی بهدلیل تماس با مواد شیمیایی خورنده و فشارهای متناوب، به سرعت دچار خوردگی یا سایش میشوند.
پوششهای DLC و CrN که به روش PVD اعمال میشوند، سطحی صیقلی با ضریب اصطکاک پایین ایجاد میکنند.
این ویژگیها باعث میشود:
- نشتی و فرسایش واشرها و سیتها کاهش یابد،
- مقاومت در برابر گازهای اسیدی و ترکیبات گوگردی افزایش پیدا کند،
- و مصرف روانکارها و هزینه نگهداری کاهش یابد.
در پمپهای روتاری و گریز از مرکز مورد استفاده در صنایع نفت، استفاده از این پوششها منجر به افزایش دقت ابعادی و پایداری عملکرد شده است.
پوششهای مقاوم در محیطهای گازی و سولفیدی
یکی از مشکلات رایج در خطوط انتقال گاز ترش (حاوی H₂S و CO₂)، پدیده خوردگی سولفیدی و تنشی است.
پوششهای چندلایه CrN، AlTiN و TiAlSiN مقاومت فوقالعادهای در برابر این محیطها از خود نشان میدهند.
این پوششها با تشکیل لایه اکسیدی پایدار در دمای بالا، از نفوذ یونهای خورنده جلوگیری کرده و مانع از تخریب سطح فلز میشوند.
همچنین در اتصالات و ولوهای کنترلی خطوط فشار بالا، این پوششها توانستهاند عمر قطعات را تا سه برابر افزایش دهند.
صرفهجویی اقتصادی و زیستمحیطی
استفاده از فناوری نانوپوششهای PVD در صنایع نفت و گاز تنها یک راهحل فنی نیست، بلکه از نظر اقتصادی و زیستمحیطی نیز مقرونبهصرفه است.
- کاهش نیاز به تعویض قطعات → صرفهجویی در هزینه و کاهش توقف تولید
- حذف عملیات آبکاری سمی کروم → کاهش آلایندههای صنعتی
- مصرف کمتر روانکارها → کاهش آلودگی محیطی
بهدلیل انجام فرآیند در محیط خلأ و بدون استفاده از مواد شیمیایی خطرناک، پوششهای PVD از پاکترین فناوریهای مهندسی سطح محسوب میشوند.
جایگاه ایران و نقش فناوران سخت آرا
با توجه به توسعه صنایع انرژی در کشور، نیاز به تجهیزات مقاوم و پایدار روزبهروز افزایش یافته است.
شرکت فناوران سخت آرا با بهرهگیری از دانش فنی بومی و دستگاههای لایهنشانی خلأ پیشرفته، توانسته خدمات پوششدهی PVD را در حوزههای نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی ارائه دهد.
این شرکت با ترکیب پوششهای TiN، CrN، TiCrN و DLC، بسته به نوع قطعه و شرایط عملیاتی، بهترین گزینه را طراحی و اعمال میکند.
جمعبندی
در شرایط سخت و خورندهی صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، استفاده از نانوپوششهای PVD به عنوان یک راهکار هوشمندانه برای افزایش دوام و بهرهوری تجهیزات شناخته میشود.
این فناوری ضمن کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری، باعث افزایش راندمان سیستمهای توربینی، پمپی و انتقال سیالات میگردد.
توسعه این فناوری در ایران و نقش شرکتهایی مانند فناوران سخت آرا نشان میدهد که صنعت داخلی میتواند همپای استانداردهای جهانی در مسیر استفاده از فناوریهای نوین سطح حرکت کند