तेल और गैस उद्योग में घर्षण-रोधी कोटिंग्स - आधुनिक ठोस स्नेहन तकनीकें

तेल उत्पादक और तेल रखरखाव कंपनियों के सामने आने वाले कार्यों में से एक घर्षण में कमी और रासायनिक रूप से आक्रामक माध्यम के खिलाफ सुरक्षा के कारण उपकरणों के सेवा जीवन को बढ़ाना है। यह थ्रेडेड फास्टनरों से लेकर जटिल इंट्रावेल उपकरणों तक की वस्तुओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रासंगिक है।

AFSFC क्या है?

हालाँकि, उनके अनुप्रयोग की विशेष विशेषताओं को देखते हुए पारंपरिक ग्रीस जैसे चिकनाई वाले पदार्थों का उपयोग करके ऐसे जटिल कार्यों को हल करना हमेशा संभव नहीं होता है। उन्हें लगाने के लिए आवश्यक श्रम इनपुट, भागों के हर माउंटिंग और लंबे समय तक भंडारण के बाद ग्रीस नवीनीकरण की आवश्यकता, नकारात्मक तापमान पर सख्त होना, उच्च भार पर संपर्क क्षेत्र से बाहर निकलना, रासायनिक रूप से आक्रामक मीडिया के संपर्क में आने पर अपने गुणों को खोना और हानिकारक पर्यावरणीय प्रभाव उनमें से हैं।

फिर भी, बाजार में अब एक ऐसा विकल्प सामने आया है जिसमें ऊपर बताए गए दोष नहीं हैं। इसका अर्थ एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स (AFSFCs) है। ये वे सामग्रियां हैं जिनमें रेजिन और सॉल्वैंट्स के मिश्रण में वितरित ठोस चिकनाई वाले पदार्थों के बारीक छितरे हुए पाउडर होते हैं। इन्हें सस्पेंशन के रूप में जारी किया जाता है जो लगाने और पॉलीमेराइजिंग के बाद उपचारित सतहों पर एक पतली सूखी चिकनाई वाली परत बनाते हैं जो बेस के साथ मजबूती से जुड़ी होती है।

मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड पर आधारित कोटिंग्स, एक स्पष्ट रूप से चिह्नित स्तरित संरचना वाला एक प्राकृतिक खनिज, और जिनकी परतों के एक-दूसरे के ऊपर आसानी से फिसलने की संभावना है, तेल और गैस उद्योग में व्यापक रूप से फैल गई हैं।

ठोस लुब्रिकेंट्स के अत्यधिक छितरे हुए कणों वाली कोटिंग उपचारित भाग की सतहों की सूक्ष्म-खुरदरापन को भर देती है, इसके समर्थन क्षेत्र और भार वहन क्षमता को बढ़ाती है।

AFSFC की एक परत में उच्च संपीड़न प्रतिरोध होता है लेकिन कतरनी प्रतिरोध (shear resistance) कम होता है। इसके कारण, घर्षण गुणांक कम से कम हो जाता है, संपर्क सतहों का अलगाव और क्षति के खिलाफ सुरक्षा प्रदान की जाती है। इसके अलावा, कोटिंग्स के कुछ ब्रांड प्रभावी रूप से धातु की वस्तुओं को जंग से बचाते हैं।

सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स का उपयोग करने के मुख्य लाभ हैं:

• कम घर्षण गुणांक, परिचालन स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला के भीतर स्थिर - उच्च संपर्क दबाव और तापमान पर
  
• उच्च भार पर लगाने के स्थान से वाष्पित होना, ऑक्सीकरण होना, बाहर निकलना नहीं होता। ये कोटिंग्स लंबे समय तक बंद रहने के बाद भी तंत्र के विश्वसनीय संचालन को प्रदान करती हैं
  
• लंबा सेवा जीवन, यूनिट के प्रत्येक माउंटिंग/डिस्मैटलिंग के बाद नवीनीकरण की कोई आवश्यकता नहीं
• उच्च एंटी-स्कोरिंग, जंग-रोधी गुण
• सूखी बनावट जिसके कारण अपघर्षक कण नहीं चिपकते
  
• पर्यावरण के लिए सुरक्षा
  
• लगाने का आसान और व्यावहारिक तरीका
  
• डामर-राल-पैराफिन जमा (ARPD) को बनने से रोकना 

हाइड्रोकार्बन उत्पादन के लिए पाइपों के थ्रेडेड कनेक्शन में ‘लुब्रिकेशन-फ्री’ तकनीक

आसान और त्वरित माउंटिंग प्रदान करने, जंग के खिलाफ पाइप थ्रेडेड कनेक्शन की रक्षा करने के लिए एक कुशल समाधान विभिन्न ठोस-चिकनाई भराव और बाइंडरों के साथ कोटिंग्स बन गया है।

पिन-पाइप सिरों के लिए, 'कोल्ड' क्योरिंग की सामग्रियों का उपयोग किया जाता है जिन्हें सबसे सुविधाजनक तरीकों में से एक – छिड़काव (spraying) द्वारा लगाया जाता है।

स्टेनलेस स्टील से बनी वस्तुओं पर, उन्हें स्कफिंग से बचाने के लिए, माउंटिंग की दर और गुणवत्ता बढ़ाने के लिए, निम्नलिखित डिस्मैंटलिंग को आसान बनाने के लिए, MODENGY 1001 कोटिंग (तालिका 1 देखें) जो मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS₂) और ग्रेफाइट (C) पर आधारित है और शुष्क घर्षण मोड में संचालन के लिए अभिप्रेत है, का उपयोग किया जाता है।  

अतिरिक्त जंग सुरक्षा के लिए आवश्यक पिन-पाइप सिरों पर, कार्बनिक बाइंडर के साथ MoS₂ पर आधारित MODENGY 1002 कोटिंग (चित्र 1 देखें) का उपयोग किया जाता है। 

चित्र 1. पंप-कंप्रेसर पाइप थ्रेड पर MODENGY 1002 सॉलिड-फिल्म कोटिंग

यह उत्पाद संरक्षण ग्रीस के उपयोग को त्यागने में सक्षम बनाता है। यह ग्रीस के साथ उपयोग की जाने वाली एक 'सब-लुब्रिकेटिंग' परत के कार्य को भी पूरा कर सकता है या फॉस्फेटिंग का विकल्प हो सकता है।

थ्रेड सीलिंग लुब्रिकेंट के साथ मिलकर उपयोग करने पर केसिंग पाइप और एक कपल के थ्रेडेड कनेक्शन में पेंच लगाने के परीक्षणों में मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड कोटिंग ने शानदार परिणाम दिखाए हैं। AFSFC को 'सब-लुब्रिकेटिंग' परत के रूप में लगाया गया था।

पेंच लगाने/निकालने के 4 चक्र आयोजित किए गए थे, पहले तीन 1,500 N⋅m के प्रयास के साथ किए गए थे, आखिरी वाला – प्लास्टिक विरूपण तक पहुंचने तक जो 4,400 N⋅m के पुल फोर्स मोमेंट पर थ्रस्ट चेहरों पर पंजीकृत किया गया था, हालांकि, थ्रेड पर कोटिंग के किसी भी गंभीर घिसाव का पता नहीं चला।

जंग के खिलाफ पाइप थ्रेडेड कनेक्शन की रक्षा के लिए अक्सर फॉस्फेटिंग का उपयोग किया जाता है। एक संरक्षण ग्रीस फॉस्फेट फिल्म के छिद्रों में प्रवेश करता है और वहां रुक जाता है, जो धागे (thread) के लिए सुरक्षा प्रदान करने में सक्षम बनाता है। उच्च जंग-रोधी गुणों के कारण (ISO 9227 मानक के अनुसार तटस्थ नमक धुंध में त्वरित परीक्षणों के परिणामों के अनुसार 160 से अधिक घंटों के लिए), MODENGY 1002 AFSFC फॉस्फेटिंग के लिए एक बेहतरीन विकल्प है जो प्रभावी है लेकिन बहुत श्रम-गहन और पर्यावरणीय रूप से सुरक्षित प्रक्रिया नहीं है।

MODENGY 1001 और MODENGY 1002 कोल्ड क्योरिंग कोटिंग्स एयरोसोल कैन सहित विभिन्न पैकेज प्रकारों की उपलब्धता के कारण उत्पादन स्थलों और फील्ड स्थितियों दोनों में लागू की जा सकती हैं।

उन कपलिंग्स पर जिन्हें भागों में भट्ठी में डाला जा सकता है, MoS₂ पर आधारित MODENGY 1005 (तालिका 1 देखें) ‘हॉट’ क्योरिंग कोटिंग के साथ-साथ MoS₂ के संयोजन में PTFE (पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन) पर आधारित MODENGY 1014 लगाई जाती हैं। वे 'कोल्ड' क्योरिंग कोटिंग्स की तुलना में उच्च जंग-रोधी गुणों, भार वहन क्षमता और पहनने के प्रतिरोध की विशेषता रखते हैं, हालांकि, उनका उपयोग उनके पॉलीमेराइजेशन मोड की विशिष्ट विशेषताओं द्वारा सीमित है – भागों को +200 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने पर।

ऐसी कोटिंग्स का एकल अनुप्रयोग कई पेंच लगाने/निकालने के चक्रों के लिए थ्रेडेड कनेक्शन के लिए सुरक्षा प्रदान करता है जो ग्रीस और तरल चिकनाई वाले यौगिकों, फॉस्फेटिंग और धातुओं के रासायनिक थर्मल उपचार को पूरी तरह से छोड़ने में सक्षम बनाता है।

पाइप थ्रेडेड कनेक्शन के लिए कोटिंग्स की बुनियादी विशेषताएं तालिका 1 में प्रस्तुत की गई हैं। MODENGY 1001 और MODENGY 1002 को पिन-पाइप सिरों पर लगाया जाता है, MODENGY 1005 और MODENGY 1014 को कपलिंग्स पर लगाया जाता है।

तालिका 1

हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग (HF) उपकरण में AFSFC का अनुप्रयोग

हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग उपकरण को रासायनिक रूप से आक्रामक मीडिया के संपर्क की स्थितियों के तहत संचालित किया जाता है, और इस प्रकार इसे अच्छी तरह से लंबे समय तक बंद रहने की अवधि के बाद भी विश्वसनीय तरीके से काम करना चाहिए।

हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग को अंजाम देने के लिए हाइड्रोलिक कपलिंग के हिस्सों पर, मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड और पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन के साथ घर्षण-विरोधी ठोस-फिल्म कोटिंग का उपयोग किया जाता है जिसमें उच्च जंग-रोधी गुण, रासायनिक प्रतिरोध, पहनने का प्रतिरोध होता है (चित्र 2 देखें)।

चित्र 2. हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग उपकरण भागों पर MODENGY 1014 AFSFC

वस्तु को रासायनिक जंग से बचाने, हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग तरल पदार्थ और सिरेमिक रेत को उनके माध्यम से पंप करते समय पहनने से बचाने, उपकरण तंत्र को खोलने/बंद करने पर कतरनी बलों को कम करने और स्थिर करने की आवश्यकता होती है।  

AFSFC का अनुप्रयोग महंगे एसिड-प्रतिरोधी सामग्रियों के बजाय हाइड्रोलिक फ्रैक्चरिंग के लिए तंत्र डिजाइन करते समय सामान्य उद्देश्य निर्माण सामग्री का उपयोग करने में सक्षम बनाता है।

तेल और गैस उपकरणों में प्रासंगिक ठोस स्नेहन अनुप्रयोगों की समीक्षा

इंगित उपकरण इकाइयों के अलावा, AFSFCs रैम-टाइप ब्लोआउट प्रिवेंटर्स, तेल प्लेटफार्मों को तेज करने वाली वस्तुओं, गैस मेन लाइन प्रेशर सेंसर वाल्व, स्लाइड बेयरिंग, फेस सील, एक्सियल प्रकार वाल्व के रैक-एंड-पिनियन गियर, स्प्रिंग्स, पाइपलाइन थ्रेडेड कनेक्शन, पाइपलाइन मैनिफोल्ड्स आदि के सेवा जीवन को बढ़ाने में मदद करते हैं। आइए इनमें से कुछ अनुप्रयोगों पर विचार करें।

घर्षण-विरोधी ठोस-फिल्म कोटिंग्स का उपयोग रैम-टाइप ब्लोआउट प्रिवेंटर्स के सेवा जीवन को बढ़ाने और संचालन की विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए किया जाता है।

वे प्रिवेंटर की प्लेट्स ड्राइव के 'स्क्रू-पुशर' कनेक्शन के समलम्बाकार धागे (trapezoidal thread) के घर्षण और घिसाव को प्रभावी ढंग से कम करते हैं।

MODENGY 1005 मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड 'हॉट' क्योरिंग कोटिंग पर आधारित सिस्टम को प्रिवेंटर रैम होल्डर्स (चित्र 3 देखें) पर लगाया जाता है जो आक्रामक मीडिया के सीधे संपर्क में कार्य करते हैं। यह समाधान जंग और आक्रामक मीडिया प्रभाव के खिलाफ रिकॉर्ड उच्च सुरक्षा प्रदान करता है और साथ ही चलने की सुगमता में सुधार करता है, और आपातकालीन स्थिति उत्पन्न होने पर, लंबे समय तक बंद रहने के बाद भी उपकरण के विश्वसनीय संचालन की गारंटी देता है।

चित्र 3. MODENGY 1005 AFSFC के साथ उपचारित प्रिवेंटर रैम होल्डर्स

PTFE और MoS₂ पर आधारित MODENGY 1014 का उपयोग तेल और गैस उद्योग के उपकरणों को तेज करने वाली वस्तुओं की सुरक्षा के लिए सबसे प्रभावी समाधानों में से एक है।

यह उत्पाद घर्षण को स्थिर करता है, जाम होने की संभावना को कम करता है, और धागे के मोड़ पर स्कफिंग को बनने से रोकता है, उपकरण की उच्च गुणवत्ता प्रदान करते हुए कनेक्शन को बार-बार असेंबल करने और अलग करने में सक्षम बनाता है। 

अपतटीय तेल प्लेटफार्मों के लिए थ्रेडेड फास्टनर पर कोटिंग का मुख्य कार्यों में से एक आक्रामक समुद्री जलवायु में दीर्घकालिक जंग सुरक्षा प्रदान करना है, यहाँ तक कि कई बार माउंटिंग/डिस्मैटलिंग पर भी।

यह कोटिंग ISO 9227 मानक के अनुसार नमक धुंध कक्ष में त्वरित परीक्षणों के एक भाग के रूप में उत्कृष्ट परिणाम प्रदर्शित करती है - 672 से अधिक घंटे।

यदि जंग-रोधी गुणों को बढ़ाने की आवश्यकता है, तो कोटिंग के नीचे एक प्राइमर-परत लगाई जाती है। इसके कारण, उन्हीं परीक्षणों के हिस्से के रूप में 1,000 घंटे से अधिक के लिए जंग सुरक्षा प्राप्त की जाती है (चित्र 4 देखें)।

AFSFC शट-एंड-कंट्रोल वाल्वों का विश्वसनीय संचालन प्रदान करते हैं। घटकों को हिलना आसान बनाने के लिए, उन्हें लंबे समय तक जंग से बचाने के लिए, स्कफिंग और चिपके रहने को रोकने के लिए उन्हें गेट-वाल्व स्टेम, रैक-एंड-गियर ड्राइव पर लगाया जाता है।

इसलिए, एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स का उपयोग तेल और गैस उद्योग उपकरण इकाइयों को असेंबल करने और बनाए रखने के समय और प्रयास को काफी कम करने में सक्षम बनाता है। इन उत्पादों में अद्वितीय गुण होते हैं जो घर्षण को प्रभावी ढंग से नियंत्रित करने, घिसाव को कम करने और भागों को जंग से बचाने में सक्षम बनाते हैं।