阿拉伯国家石油公司
图片来源:阿拉伯国家石油公司

在一个技术不断进步的时代,复合材料的世界已经见证了重大的发展。然而,进一步发展的机会是引人注目的,特别是在石油、天然气和建筑行业。

在石油和天然气行业,复合材料作为碳钢合金的替代材料已经找到了新的用途,碳钢合金是该行业的主要材料。更低的生命周期成本和更强的抗腐蚀能力,促使全球能源公司沙特阿美(Saudi Arabia Dhahran)在其水、石油和天然气应用网络中部署了约1万公里的非金属管道。这包括增强热塑性管(RTP),增强热固性树脂管(RTR)和热塑性内衬管。该公司于2016年开始大规模部署非金属管道,现在又在另一种非金属材料——碳纤维(CF)上取得进展——2018年沙特阿美首次部署了碳纤维,这表明碳纤维可能是未来发展的重要组成部分。

从那时起,阿美石油公司开始在其作业的多个应用中使用cf基复合材料,由于安装速度更快、不受腐蚀、维护和运营成本更低,实现了广泛的实际效益和成本节约。

碳纤维的好处

碳纤维固有的热机械性能,以及它的高强度重量比和高耐化学性,使其成为需要轻质组件、较低的热膨胀系数、导电性和化学惰性的工业的理想材料。复合材料在恶劣和具有挑战性的环境中的卓越性能,继续推动复合材料在许多领域的创新,包括石油和天然气应用;cf -钢筋混凝土、桥梁、桥面、包层及结构等麦加钟楼在建筑及建造业内;氢动力运输用压力容器;风力发电机;以及在汽车和航空航天行业的众多应用。在汽车领域,沙特阿美正与主要利益相关方合作,影响新车的设计,开发创新的CF技术,以取代钢和铝,旨在提高设计和装配过程的效率。

高生产成本限制了某些行业对CF的使用,但需求的增加使其价格在过去8年有所下降——标准级别CF的价格从2012年的每公斤30美元降至现在的每公斤20美元左右,这取决于订单大小和合同条款。1,2

“碳纤维复合材料有强大的潜力,为许多工业部门带来更大的价值。通过与技术供应商和行业领导者的合作,我们希望推动尖端的、基于石油的碳纤维复合材料技术在建筑、汽车和可再生能源等领域的各种应用,除了石油和天然气。”沙特阿美咨询服务部经理Abdullah Humaid说。

石油和天然气复合应用的增加

一个例子是碳纤维增强的,粘合的非金属管-称为热塑性复合管(TCP)。2018年,阿美石油公司首次将TCP作为鹅颈式陆上井口隔水管,用于高含硫原油(约50%)作业。与碳钢相比,TCP立管具有更高的灵活性,以及更高的抗疲劳性能和隔热性能。该压力表的额定压力为3,000磅/平方英寸(PSIG),这种独特的应用减少了在钻机释放后制造碳钢井口立管的长时间,并克服了与修井相关的困难。例如,由于采油树(调节油井生产的组件)的方向或高度变化,需要重新组装线轴。

沙特阿美热塑性复合材料
这是沙特阿美部署的热塑性复合钢管的一部分。图片来源:阿拉伯国家石油公司

除了立管,CF复合材料还在陆上和海上碳钢管道的修复中发挥着作用,这些管道随着时间的推移更容易出现缺陷和失效。与传统的金属解决方案相比,CF复合材料维修不涉及热加工,不需要关闭生产线,而且交付时间更短。Aramco在无钻机地面套管维修中应用了CF复合材料,这加快了周转时间,迅速恢复井的完整性,并实现了显著的成本节约。

此外,沙特阿美还部署了1.5公里内嵌CF的增强热固性树脂(RTR)管道,用于供应沙特阿美的柴油。这种导电,cf嵌入RTR管道已经安装使用分层连接方法,以安全地消散任何静电积累。RTR管道有助于确保完整性,因为它不遇到任何内部或外部腐蚀。

沙特阿美处于有利地位,可以充分利用CF在其自身设施的关键应用中的潜力。虽然CF制造是能源密集型的,但它的优点弥补了这一点:CF基复合管材重量轻,可卷线,对腐蚀管理和检查的需求有限。

除了自己的业务,沙特阿美目前正与供应商合作,将基于cf的最先进复合技术引入到更广泛的油气行业,包括用于陆上、海上和井下应用的产品。我们也看到了在其他领域扩大部署的机会,与技术供应商和行业领袖合作。

放眼石油和天然气之外,沙特阿美的科学家和研究人员正在探索进一步降低成本的方法,并扩大CF复合材料在不同市场的更广泛部署的机会。合作也是关键;例如,沙特阿美与贝克休斯(Houston, Texas, U.S.)成立了合资公司Novel,该公司最初将生产RTP,但有可能扩展到更广泛的非金属产品,包括CF复合材料。

降低成本仍然是提高碳纤维潜力的关键,同时采用新的生产方法,如等离子体氧化技术3.开发低成本、高收率的前驱体和高反应性树脂1- - - - - -可能会打开复合材料在市场细分的潜力,它以前是无法达到的。这就是为什么沙特阿美继续探索包括CF在内的非金属领域的机会,为这种有望成为未来开发关键原料的材料奠定基础。

引用:

1碳复合材料正在变得具有竞争力和成本效益-白皮书,Sharma R., Simha, T..Rao, K.P.和Ravi, K.,白皮书,印孚瑟斯,2018

2http://4mio.com/carbon-fiber/

3.//www.lotmay.com/articles/getting-carbon-fiber-cost-down,2018年

关于作者

瓦利德·l·Al-Otaibi

Al-Otaibi他是沙特阿美非金属工程部主管和项目管理办公室主任。他负责管理沙特阿美非金属业务战略的实施,重点是扩大在石油和天然气和其他工业部门的非金属部署。他的职业生涯始于2003年在沙特阿美担任材料工程师,并拥有18年的技术和管理职位经验。他持有Colorado School of Mines的机械工程和经济学学士学位,以及MIT的材料科学和工程硕士学位和King Fahd University of Petroleum and Minerals (KFUPM)的工商管理硕士学位。

安瓦尔首脑

首脑是沙特阿美非金属复合材料工程的首席中小企业和工程专家。他拥有近20年的咨询、研发和项目工程师经验,曾在加拿大、新加坡、孟加拉国和沙特阿拉伯等国家工作过。Parvez在众多价值数十亿美元的陆上、海上和井下油气项目中担任非金属技术负责人,并领导和贡献了众多研发项目。他持有库尔纳工程技术大学(Khulna University of engineering and Technology)的机械工程学士学位,以及南洋理工大学(Nanyang Technological University)和Concordia University的机械工程硕士学位。

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