Мұнай және мұнайхимиялық өнеркәсібінде никель және оның қорытпаларының қолданылуы

Дәріс 13. Никель және оның қорытпалары

Никельдің қасиеттері. Никель (Ni) — Д.И.Менделеевтің периодтық элементтер жүйесінің VIII топ элементі; оның реттік саны— 28, атомдық салмағы А = 59,69. кристалдық торы жағынашоғырланған куб (тор параметрі 3,518 Ǻ). Таза никельдің (99,94 %) балқу температурасы - 1455 °С, меншікті салмағы 8,9 г/см³. Шамамен 360 °С –да никель магнитті түрленуге ұшырайды; бұл температурадан төмен ол ферромагнитті, ал жоғары - парамагнитті.

Никельдің негізгі қасиеттері- химиялық тұрақтылығы жоғары, қиынбалқитын және жоғары беріктікке, жоғары илемділік сай. Бағалы механикалық және физикалық қасиеттерге ие көптеген элементтермен қорытпалар түзеді.

Техникалық никельде қарапайым қоспа түрінде темір (0,7 %-ға дейін), кобальт (1 –ға дейін%), мыс (0,6 %-ға дейін), кремний (0,2 %-ға дейін), көміртегі (0,3 %-ға дейін), күкірт және оттегі қолданылады. Көміртегі, күкірт және оттегі зиянды қоспаларға жатады. Мысалы, күкірт Ni₃S₂ сульфидін түзу нәтижесінде қызусынғыштықты туғызады. Сульфид никельмен жеңілбалқитын эвтектика түзеді және эвтектика таза никельдің түйіршіктерінің шекараларында орналасады.

Никельдің жемірілуге беріктігі өте жоғары. Никельдің ауада жегіделену жылдамдығы 0,0025— 0,025 мм/жыл. Өзен мен теңіз сулары никельге әлсіз әсер етеді. Бейтарап және сілті тұздарының судағы ерітінділері металдың бет қабатын 0,1 мм/жыл тереңдікке дейін жегіделендіріп жібереді. Құрамында бос хлоры бар тұздар никельді қиратады. Никель күкірт қышқылының салқын ерітінділеріне біршама берік болады. 80 %- ды күкірт қышқылында никель 0,1 мм/жыл жылдамдықпен жегіделенеді. Бірақ ыстық15 %-ды күкірт қышқылы никельді қатты қиратады.

Салқын тұз қышқылы (концентрациясына байланысты) никельдің бет қабатын 0,25—6,00 мм/жыл жылдамдықпен жемірілуге ұшыратады. Ыстық тұз қышқылының никельге әсері 2 % концентрация мөлшерінен басталады. Күкірт және азот қышқылдары никельге қатты әсер етеді. Органикалық қосылыстар (қышқылды, сілтілі) никельді қиратпайды. Никель салқын және ыстық сілтілердің әсеріне берік болады.

Никель қорытпалары.Никель мыспен, темірмен және марганецпен қорытпалары (монель-металл) бірфазалы құрылымға ие. Ол a - қатты ерітіндісі a қатты ерітіндісі – жемірілуге беріктігі мен механикалық қасиеттері жоғары, технологиялық илемділігінің ыстық және салқын күйінде орташа. Мысалы, НМЖМц28-2,5-1,5 (68%Ni+Co, 28%Cu, 2,5%Fe, 1,5%Mn) жебірлікті орталарда жұмыс атқаратын тетіктер дайындау үшін қолданылады.

Құрамында 9% хромы бар никель қорытпалары – хромельдер тепмопаралар жасауда қолданылады.

Құрамында 20% хромы бар никель қорытпалары (мысалы, Х20Н80)- нихромдар және хроммен темірдің никельмен қорытпалары ферро-нихромдар (мысалы, Х15Н60) қарсыласу қорытпалары ретінде қолданылады.

Никель негізіндегі ыстыққаберіктік қорытпалар нимониктер деп аталады. Бұл қорытпаларды жұмыс күректерін, турбина дискілерін, сақиналар және т.б. газды турбиналардың тетіктерін дайындайды.

Никель қорытпалары ыстыққа төзімді, ыстыққа берік, жемірілуге берік, ерекше қасиеттерге ие деп жіктеледі. Өндіру тәсіліне қарай құймалы, деформациялы және дисперсті – беріктендірілгіш никель қорытпалары болып ажыратылады.

Никель қорытпалары құбыр, таспа және сымдарды өндіруде кеңінен қолданылады. Никель мен мыс қорытпалары жиі қолданыс табуда: мысалы, монель-металл — құрамында 67—69 % Ni, 28 % Сu, 1,5—2,5 % Fe и 1—2 % Мn бар қорытпа. Бұл қорытпа өте жоғарғы беріктік және илемділік қасиеттерімен сипатталады, сонымен қатар жемірілуге қарсы берік болуы тән. Химиялық аппараттарды жасауда монель-металл кеңінен қолданылады. Монель-металдың жемірілуге қарсы тұруы тек басқа металдармен байланыс болмаған жағдайда ғана байқалады. Никель электротехникалық қорытпалардың басым көпшілігінің құрамына кіреді. Мысалы, тұрақты магнитті дайындауда қолданылатын пермаллой қорытпасының құрамында 70% никель болады. Электрпештерінің қыздырғыштары және басқа да аппаратттар үшін нихромдар (никельдің хроммен қорытпасы) кеңінен қолданылады. Х15Н60 ентаңбалы нихромның химиялық құрамы: 55-61 % Ni + Со; 15-18 % Сг; 1,2 % Мn және қалғаны темір.

Мұнай және мұнайхимиялық өнеркәсібінде никель және оның қорытпаларының қолданылуы.

Никель және оның қорытпаларының құны жоғары және тапшы болғандықтан мұнай және мұнайхимиялық өнеркәсібінде сирек қолданылады. Олар металдың жоғары механикалық және ыстыққа төзімді қасиеттерімен қатар жемірілуге қарсы тұруы жоғары болуы қажет жағдайларда қолданылады.

Теңіз бұрғыларының негізін жемірілуден қоғау үшін монель-металлдан жасалған құндақтар қолданылады. Бұл тәсіл алғаш рет 1949 жылы Галф Мексикода қолданылды. Бес жыл бойы жұмыс атқарған қалыңдығы 1-1,2 мм құндақтар жақсы күйде сақталған.

Қашаумен айналдыра бұрғылауда қолданылатын АҚШ мұнай ұңғымалары антимагнитті аударғыштар «К-Монель» ентаңбалы монель-металдан жасалады. «К-Монель» ентаңбасының химиялық құрамы: 63 % Ni; 2,5 % Си; 2 %Fe; 1 %Si;1 % Mn және 4 %Al; механикалық қасиеттері: σ_в = 800—850 МПа, σ_т = 600—650 МПа, δ = 20-25 %.

К-Монель никель қорытпаларынан клапан және қарнақ сорғыштарының жабдықтары жасалады.

Жегіделенуге қарсыласуы жоғары материал ретінде никель және оның қорытпалары мұнай қайтаөңдеу және мұнайхимиялық өнеркәсібінде қолданылады.

Шет елдерде мұнайды вакуумды ортада қайтаөңдеу үшін қолданылатын біршама жылуалмасу аппараттары және рибойлерлер инконэль қорытпасынан жасалады.

Инконэль қорытпасы күкіртсутегілі жемірілуге берік болады. Оның химиялық құрамы:72 % Ni; 0,7 % -ға дейін Сu; 6—10 % Fe; 1,0 %-ға дейін Мn , қалғаны - Сг.

Мұнайөнеркәсібінде қолданылатын жабдықтарге қарсы тұруымен қатар тозуға да қарсыласуы жоғары болу керек (реактор торы, біліктер, тығынжылдар, сорғыштардың төлкелері және т.б.). бұл талаптарға колмоной-6 қорытпасы сай келеді. Оның химиялық құрамы:63—67 % Ni; 15—22 % Сг және 3—5 % В. Қорытпаның бет қабатында хром бориды түзілгендіктен оның бет қабатының қаттылығы жоғары болады.

700—760 °С-да өтетін мұнайқайтаөңдеу заводтарының жабдықтары кей жағдайларда нимоник – DS қорытпасынан жасалады. Оның химиялық құрамы:36—39 % Ni; 17-19 % Сг; 2—2,5 % Si; 13 % Mn; қалғаны — Fe.

Негізгі әдебиет 1 [192-196]

Бақылау сұрақтары:

1. Никельдің балқу температурасын атаңыз.

2. Никель ферромагнитті қасиетке ие ме?

3. Қандай органикалық қосылыстар никельді қиратпайды?

4. Никельдің негізгі қорытпаларын атаңыз.

5. Монель-металдың құрамы қандай?