油砂设备的创新涂料解决方案

油砂设备的磨损是油气行业的一个严重问题。生产产出损失的成本非常高。每当一个部件磨损或损坏时，涉及受影响设备的生产必须停止，直到修复完毕。在处理厂或自然环境中泄漏的成本是昂贵的。泄漏对工厂外的工人、居民、植物和动物都造成了危害。此外，设备、材料和修理或更换零件的人工成本很高。油砂行业的巨大成本并不令人意外。

“你是在高温下通过金属机械泵送和移动富含石油的沙子。沙子非常磨料．它会释放出化学物质，随着温度升高，这些化学物质的腐蚀性更强。永利hillingshead的实验的首席执行官太平洋颗粒物质(PPM)这是一家总部位于温哥华的定制粉末制造商。

油砂设备面临的危险

设备恶化发生在两个步骤。当沙子穿过金属时，它会攻击金属的表面。随着表面磨损，腐蚀性化学物质会进一步剥离表面以下暴露的金属。这两个过程加快了零件退化的速度。此外，当金属部件发热时，硬度部分下降了。(相关阅读:5种测量材料硬度的方法．这就意味着机器的磨损率会进一步增加。所有这些因素都导致了零件过早失效。

用于油砂设备的专用涂料

最近的打击磨损的创新是定制的铬碳化铬覆盖物．该涂层可应用于金属管和管道的内部，涂层厚度可达0.25英寸(6.35毫米)。这种涂料是由等离子转移弧焊．如果使用得当，则碳化铬涂层可抵抗摩擦、冲击、高温和沥青砂侵蚀以及焦油砂加工过程中产生的腐蚀性物质。(更多关于侵蚀的话题，请阅读腐蚀:涂层及其他预防措施．)

图1所示。采用等离子转移电弧(PTA)焊枪将新型涂料应用于油砂设备。(来源:InnoTech阿尔伯塔省)

涂层有效，因为它产生耐热表面，该耐热表面比管道和管中的金属更硬。碳化铬涂层也具有高熔点，并且耐磨损和腐蚀。

每一层碳化铬涂层开始时都是一种定制的粉末混合物。定制的棘手之处在于，每个油砂生产商都有自己的PTAW设备。每个制作人也有一个独特的设置，有时是独特的硬件管道和管道。

碳化铬涂层的使用有望对正在进行升级的工厂产生显著的积极影响，在升级过程中，沥青(沥青）转化为轻甜合成原油（SCO）。

向石油生产商提供碳化铬粉

Hollingshead说PPM能够制造一系列碳化铬粉末。

“我们与每家公司的资质体系一对一合作，以创造一种适合其PTAW设备及其设备需求的粉末。我们把粉末卖给零件制造商和干敷涂覆新部件的涂覆器。我们还把它卖给石油生产商，他们可能会用它来覆盖新的部件，或者覆盖他们工厂里已经有的部件。”

霍林黑德说，鉴别各种粉末配方也允许PPM生产特定于客户需求的组合物。

“这种粉末的材料成本很有竞争力。此外，还可以做一些调整来定制一种混合物，”霍林赫德说。

HOLLINGSHEAD通过非披露协议（NDA）与个人客户的成本，定制粉末的成本，组成，效力和长寿的详细信息，通过非披露协议（NDA）保持私密。

“粉末如何随着时间的推移发挥作用，真的只有那些使用这些部件的公司才知道。他们是观察涂上粉末的零件表现如何以及这些零件能维持多久的人。”霍林赫德说。

PPM一直在学习更多关于如何优化粉末的目的，如涂层金属管运输液体。此外，该公司还利用新冠肺炎疫情导致的慢期进行了更多的研究和开发。

“现在，需求大幅下降，大约50%。石油生产国正在减少石油产量，以应对世界石油需求的下降。我们要利用这段时间来改善我们的生产。有了更多的知识，我们就能创造出更好的产品，”霍林赫德说。

硬面用粉末涂料的起源

2016年，加拿大阿尔伯塔省的油砂生产商开始寻找金属油管腐蚀和磨损的解决方案。他们联系了加里•费雪材料的主要工程师innotech alberta的子公司艾伯塔省创新该机构是广东省最大的研究和创新机构。该组织的任务是协助全省的业务。

费舍尔说，他的团队从经验中知道耐腐蚀合金（CRAS）可能最好的工作。

“然后我们成立了一个大约7人的项目团队。我们致力于增加耐磨损大约两年的时间，”费舍尔说。当该团队在2018年底研发出一种可行的粉末时，他们与太平洋颗粒材料公司(Pacific Particulate Materials)分享了这种粉末。

“我们联系了PPM，所以他们可以进一步改进我们的开发成果。现在PPM有机会将粉末商业化，”Fisher说。

图2。新型涂层溶液的微观结构可以降低油砂设备的磨损。(来源:InnoTech阿尔伯塔省)

PPM为全球60多个国家的零部件制造商和石油生产商开发混合粉末。这家公司生产各种各样的陶瓷制品，金属塞子,金属粉末混合和组件。

HOLLINGSHEAD表示，他的团队和费舍尔·阿尔伯塔省的团队于2018年至2020年间沟通。

“在此期间，我们研究了如何优化粉末的方法，并考虑应用方法的差异等技术问题。2020年8月，我们被清除开始生产粉末，“Hollingshead说。

hollinghead说PPM还利用这段时间开发潜在客户名单，并优先考虑潜在客户。

还在学习什么是有效的腐蚀和磨损保护

费希尔说，美国政府提供的保护水平覆盖依赖于服务环境，这是使用覆盖物的物理环境。

“我们知道覆盖层的寿命在一定程度上取决于涂层的厚度。与标准的cra相比，耐磨性的提高可以节约成本。”Fisher说。

弗兰克博士程加拿大卡尔加里大学(University of Calgary)机械与制造工程系管道工程研究主任，他对更多地了解PPM正在开发的粉末感兴趣。

程是《中国日报》的主编管道科学与工程学报．他还撰写了两本与石油生产商解决方案相关的书籍，《管道应力腐蚀开裂》(Wiley, 2013)和《管道涂层》(NACE International, 2017)。

Cheng表示，碳化铬覆盖技术为油砂行业提供了良好的抗磨损和侵蚀解决方案。他最关心的是涂层的韧性。

“陶瓷涂层通常很脆。当一个微裂纹无论出于什么原因，它都会迅速传播，使材料失效。”

程先生想检查一下资料断裂韧性在相关操作条件下进行试验。他还想知道购买这种粉末的公司如何将其应用于某些类型的管道，如焊接油砂浆输送管道。

Cheng说，在不知道涂料将在哪里使用以及哪些设施将受到保护的情况下，很难对涂料是否会影响行业实践做出评论。

“我希望看到关于涂层性能和性能的全面测试结果。这些包括微观结构、成分分布、机械性能如强度、硬度和韧性，以及抗侵蚀/磨损性。测试将在能代表现实的条件下进行。例如，在一个多相流回路、一个油、水和砂循环的三相流回路中进行了测试冲击射流都是首选。”

确保积极的投资回报

霍林黑德说，这些结果的数据很重要。记住客户的投资回报也很重要。

Hollingshead说:“如果成本太高，石油生产商可能不会花钱去涂一层涂料。”

HOLLINGSHEAD表示，粉末的改善主要由客户减少加工和生产成本的需求驱动。改进也受到零件供应商与石油生产商之间的竞争的推动。

“了解导致生产者和供应商是什么让我们能够做得更好。我们在25年的业务中学到了25年的课程中，没有两个客户具有完全相同的问题和问题。随着时间的推移，我们希望倾听他们的需求并与他们合作，优化涂层将导致操作成本降低，更有效的工厂运行和部分浪费减少，“Hollingshead说。

油气行业的未来创新

布莱恩·雷米勒德是油砂政策经理加拿大石油生产者协会(CAPP)这是一个代表加拿大石油和天然气上游行业的贸易协会。Remillard说，加拿大的能源部门在技术进步和创新方面有着悠久的历史。

雷米尔德表示，多年来，石油和天然气公司在研究和发展中投入了数十亿美元。

“（他们）正在分享技术，并与创新者，大学和政府合作，即使在行业上也能进一步利用他们的创新。工程师，运营商和研究人员继续确定进展机会和涂层解决方案，以提高效率，降低生产我们的自然资源的成本。作为清洁技术创新的领导者，能源部门将继续努力改善未来的环境和业务成果，同时确保我国的投资吸引力和竞争力。“